Гіпотэза ўнікальнай Зямлі

Гіпотэза ўнікальнай Зямлі — прапанаваны адказ на парадокс Фермі, які тлумачыць, чаму з'яўленне такой планеты, як Зямля трэба лічыць вельмі малаверагодным. Разам з дапушчэннем аб неабходнай перадумове з'яўлення высокаразвітых форм жыцця — наяўнасці планеты зямнога тыпу, гэта б тлумачыла адсутнасць прыкмет існавання пазаземных цывілізацый.

Гіпотэза гаворыць, што падобныя да Зямлі планеты, на якіх магчыма жыццё, рэдкія ў Сусвеце

Гіпотэза ўнікальнай Зямлі была ўпершыню выкладзена ў кнізе «Унікальная Зямля: Чаму высокаразвітае жыццё не з'яўляецца распаўсюджанай з'явай у Сусвеце» (англ.: Rare Earth:Why Complex Life Is Uncommon in the Universe), напісанай палеаантолагам Пітэрам Уордам (англ.: Peter Ward) і астраномам Дональдам Браунлі (англ.: Donald Brownlee). Уорд і Браунлі выкарысталі пашыранае ураўненне Дрэйка для доказаў таго, што існаванне планеты з зямнымі характарыстыкамі ў Сусвеце трэба лічыць неверагодна рэдкай з'явай.

Умовы

Зорка

Стварыць планету зямнога тыпа, і давесці яе да правільнага стана праз 4,5 міліярдаў гадоў — складаная задача. Па-першае, яна павінна ўзнікнуць каля багатай металамі зоркі (у астрафізіке, металамі называюць усе хімічныя элементы, цяжэйшыя за гелій). Бедныя металамі зоркі не здольныя ствараць што-небудзь, акрамя газавых гігантаў: на стварэнне планет зямнога тыпа ў газавай туманнасці не хопіць матэрыялу. Такім чынам, выключаецца знешняя частка Галактыкі. З другога боку, калі зорка ўтрымлівае занадта шмат металаў, узнікшыя планеты будуць вельмі цяжкімі, назапасяць вялізныя газавыя абалонкі, якія ўтрымае іх вялікая гравітацыя, і, зноў жа, стануць газавымі гігантамі з вялікім каменна-металічным ядром.

Зорка таксама павінна абарочвацца па кругавой арбіце вакол цэнтра галактыкі: выцягнутая арбіта прывядзе да таго, што зорка занадта наблізіцца да энергетычна насычанага ядра галактыкі і пападзе пад жорсткае радыеактыўнае апраменьванне. Вобразна кажучы, зорка павінна жыць у прадмесці галактыкі, але не ў цэнтры і не за ўскраінай.

Атрымаўшы зорку з правільнай металічнасцю, трэба ўпэўніцца, што яна можа мець прыдатныя да жыцця планеты. Гарачая зоркі, напрыклад, Сірыус ці Вега, маюць шырокую населеную зону (вобласць, дзе тэмпература паверхні планеты будзе блізкай да зямной), але існуюць дзве праблемы: па-першае, гэта зона вельмі аддалена ад зоркі, па гэтаму планеты з цвёрдым ядром, верагодна, будуць фармавацца каля зоркі і за межамі гэтай зоны. Гэта, аднак, не выключае верагоднасці ўзнікнення жыцця на спадарожніках газавых гігантаў: гарачыя зоркі выпраменьваюць дастаткова ультрафіялета, які можа ў дастатковай ступені іанізаваць атмасферу любой планеты. Іншая праблема, звязаная з гарачымі зоркамі, — гэта тое, што яны не жывуць дастаткова доўга. Праз прыкладна адзін мільярд гадоў (ці меней) яны робяцца чырвонымі гігантамі, што можа не скласці дастаткова часу для эвалюцыі высокаразвітага жыцця.

Халодныя зоркі знаходзяцца не ў лепшым стане. Зона, прыдатная для жыцця, будзе вузкай і будзе знаходзіцца блізка да зоркі, істотна памяншаючы шансы атрымаць планету ў правільным месцы. Блізка да халоднай зоркі сонечныя ўспышкі затопяць планету радыяцыяй не ў меншай ступені, чым каля гарачай зоркі. Жорсткае рэнтгенаўскае выпраменьванне таксама будзе інтэнсіўным.

Такім чынам, высвятляецца, што правільны тып зорак абмяжоўваецца прамежкам ад F1 да K1 (гл. спектральныя класы зорак). Зоркі такіх тыпаў рэдкія: зоркі тыпа G, такія як Сонца, складаюць толькі 5% зорак у галактыцы.

Узаемадзеянне з іншымі нябеснымі целамі

Пасля таго, як планета сфармавалася ў межах зоны, прыдатнай для жыцця, нябеснае цела памерамі прыблізна роўнае Марсу павінна з ёй сутыкнуцца (згодна з Тэорыяй гіганцкага сутыкнення). Без такога сутыкнення на планеце не створацца літасферныя пліты, паколькі кантынентальная кара пакрывае ўсю планету і не пакідае месца для акіянічнай кары. Сутыкненне таксама можа прывесці да з'яўлення вялікага спадарожніка, які стабілізуе вось абарачэння планеты, і да зліцця ядзер планеты і касмічнага цела, неабходнага для фармавання звышмасіўнага планетнага ядра, якое будзе генераваць магутную магнітасферу, якая абароніць паверхню планеты ад сонечнай радыяцыі. Нядаўнія даследаванні Эдварда Бельбруна і Рычарда Гота дазваляюць зрабіць вывад, што такое нябеснае цела можа фармавацца ў траянскіх кропках сістэмы зорка-планета (L₄ ці L₅, магчыма робячы гэтую падзею больш верагоднай.

Спадарожнік адносна вялікіх памераў таксама павялічвае шансы выжывання высокаарганізаваных арганізмаў, выконваючы функцыі астэроіднага шчыта. Шансы сутыкнення астэроіда з масіўнейшым аб'ектам бінарнай сістэмы, такой як Зямля і Месяц, даволі нязначныя. Большасць астэроідаў будуць ці поўнасцю адкінуты, ці паразяць менш масіўны аб'ект: каб пацэліць у больш масіўнае цела, патрэбна правільная камбінацыя хуткасці і вугла падзення. Такім чынам, планета з вялікім спадарожнікам будзе лепш абаронена ад сутыкненняў (хаця выпадковыя сутыкненні могуць быць неабходнымі, паколькі эвалюцыйная тэорыя дапускае, што масавае выміранне можа паскорыць развіццё складаных арганізмаў). Таксама, неабходнай умовай з'яўляецца наяўнасць у зорнай сістэме вялікага газавага гіганта, такога як Юпітэр, дзякуючы якому, «смецце», якое засталося на арбіце пасля фармавання планет, выкідваецца ў стварэнні, падобныя да Пояса Койпера і воблака Оарта.

Частата сутыкнення і эвалюцыя

Жыццё патрабуе пэўнага часу для зараджэння і дасягнення пэўнага ўзроўню арганізацыі. Частыя сутыкненні з вялікімі астэроідамі, верагодна, шкодзяць узнікненню высокааранізаваных істот. Само жыццё наўрад ці знікне, але самыя складаныя істоты з вышэйшых ветак эвалюцыі вельмі ўразлівы і лёгка выміраюць у выніку планетарнай катастрофы. Эвалюцыйная тэорыя перарывістай раўнавагі сцвярджае, што:

• як толькі экасістэма планеты дасягае стана раўнавагі (з запоўненымі ўсімі экалагічнымі нішамі), хуткасць эвалюцыйных змен рэзка памяншаецца;
• перыяд, на працягу якога дасягаецца стан раўнавагі, адносна кароткі ў параўнанні з геалагічнымі працэсамі.

Лічыцца, што выкапнёвыя парэшткі дэманструюць, што экалагічная раўнавага дасягалася на Зямлі некалькі разоў, упершыню пасля кембрыйскага выбуху. Некалькі катастроф, якія прывялі да масавага вымірання арганізмаў, магчыма, неабходны, каб у працэсе эвалюцыі ўзнікалі новыя шляхі развіцця, і каб жыццё пазбягала сітуацыі, калі яе развіццё б спынілася на палове шляху да разумнага жыцця. Масавае выміранне дыназаўраў, напрыклад, дазволіла млекакормячым заняць іх экалагічныя нішы, пасля чаго эвалюцыя пайшла ў новым кірунку.

Такім чынам, відавочна, што неабходны правільныя значэнні сотняў параметраў планеты і зорнай сістэмы, каб высокаарганізаванае жыццё стала магчымым. Сусвет неверагодна вялікі, ён значна перавышае магчымасці чалавечага ўяўлення і разумення, па гэтаму застаецца шанс, што недзе ў Сусвеце існуе планета зямнога тыпа з высокаарганізаваным жыццём. Тым не менш, магчымасць таго, што такая планета існуе дастаткова блізка ад Сонца, і мы можам калі-небудзь яе дасягнуць ці ўступіць з яе жыхарамі ў кантакт, практычна раўняецца нулю. Гэта рашае парадокс Фермі: мы не бачым адзнак пазаземнага розуму, паколькі верагоднасць з'яўлення яшчэ адной планеты зямнога тыпа, якая здольна падтрымліваць высокаарганізаванае жыццё, нават у маштабе Галактыкі вельмі малая.

Крытыка

Найбольшай крытыцы падвяргаецца дапушчэнне, што з'яўленне высокаарганізаванага жыцця магчыма толькі на планетах зямнога тыпа. Асобныя біёлагі, напрыклад, Джэк Коэн, лічаць, што такое дапушчэнне з'яўляецца вельмі абмяжоўваючым і сведчыць аб адсутнасці разумення (гл. вугляродны шавінізм). Дэтальная крытыка прыведзена ў кнізе Джэк Коэна і матэматыка Яна Сцюарта «Эвалюцыя іншапланецяніна: Навука пазаземнага жыцця» (англ.: evolving the Alien: The Science of Exttraterrestrial Life).

Таксама падвяргаюцца крытыцы іншыя дапушчэнні тэорыі ўнікальнай Зямлі:

• Асобныя дапушчэнні, нягледзячы на сваю тэарэтычную верагоднасць, не з'яўляюцца абсалютна агульнапрызнанымі, напрыклад, тэорыя гіганцкага сутыкнення. (На бягучы момант — дамінуючая тэорыя).
• Сцвяржаецца, што доказы накладваюцца на малаверагоднасць той ці іншай падзеі, у той час, як яны зрэдку проста выглядаюць немагчымымі. Калі прыняць ва ўвагу памеры Сусвету, працягласць астранамічных працэсаў і магчымасць альтэрнатыўных шляхоў з'яўлення падобных абставін, то існуе значна большая колькасць планет зямнога тыпа, чым меркавалася тэорыяй унікальнай Зямлі. Так:
  • усе тры планеты «населенай зоны» Сонечнай сістэмы, верагодна, нясуць адзнакі гіганцкага сутыкнення на заранку свайго развіцця, што, верагодна, паказвае на значную статыстычную верагоднасць, калі не заканамернасць, такой падзеі. Таксама мяркуецца, што сістэма Плутон — Харон узнікла ў выніку сутыкнення на раннім этапе эвалюцыі;
  • планеты-гіганты, мяркуючы па ўсяму, фармуюцца нават у тых сістэмах, дзе няма планетаў зямнога тыпа, з'яўляючыся найбольш распаўсюджаным тыпам планет у Галактыцы;
  • масавыя выміранні, мяркуючы па ўсяму, абумоўлены не толькі і столькі знешнімі, колькі ўнутранымі падставамі, і з'яўляюцца падзеямі дастаткова рэгулярнымі;
  • высокаарганізаваныя формы жыцця больш уразлівыя, чым прымітыўныя, але валодаюць значным патэнцыялам выжывання і хуткага аднаўлення колькасці;
  • у маштабах толькі нашай Галактыкі, нават сотыя долі працэнта зорак, чые планеты маюць жыццё, у абсалютных велічынях будуць адпавядаць дзясяткам мільёнаў такіх сістэм, і верагодна — многім тысячам разумных цывілізацый.
• Тэорыя ігнаруе здольнасць разумнага жыцця адаптаваць наваколле да сваіх патрэб. Разумная раса можа быць здольна каланізаваць шмат незаселеных планет на дастаткова доўгі перыяд часу (хаця, верагодна, патрабуе планеты зямнога тыпа для свайго з'яўлення).

Гл. таксама

• Прынцып Каперніка і прынцып звычайнасці — антытэза гіпотэзе ўнікальнай Зямлі.
• Тонкая настройка Сусвету