Що необхідно для підтримання життя на планеті

"Венера занадто гаряча, Марс занадто холодний, а Земля -- те, що треба" -- говорить вчений-планетолог Дейв Брейн. Але чому? В цьому захоплюючому і гумористичному виступі Брейн розповідає про те, як науково визначити, які умови потрібні, щоб планета могла стати придатною для життя, а також чому людство, можливо, з'явилося в потрібному місці в потрібний час, якщо говорити про етапи розвитку придатних для життя планет.

Я дуже радий бути тут.

Радий, що ви тут,

тому що інакше було б трохи дивно.

Я радий, що ми всі тут.

І під словом "тут", я не маю на увазі тут.

Або тут.

А тут,

на Землі.

І під словом "ми", я не маю на увазі
присутніх в цій аудиторії,

а життя,

все життя на Землі --

(Сміх)

від найскладніших форм до одноклітинних,

від плісняви і грибів,

до літаючих ведмедів.

(Сміх)

Цікаво,

що Земля -- це єдине місце, де є життя,

8.7 мільйона видів.

Ми дослідили багато планет,

може не так старанно, як ми могли чи мали,

але ми шукали і нічого не знайшли.

Земля -- єдина відома планета
з ознаками життя.

Земля унікальна?

Я хотів дізнатися відповідь на це питання

ще з дитинства,

і я підозрюю, що 80% аудиторії

думали про це
і хотіли б дізнатися відповідь.

Щоб зрозуміти, чи є ще планети

в нашій Сонячній системі
або поза її межами,

на яких присутнє життя,

по-перше, треба зрозуміти,
що потрібно для життя,

Виявляється, для життя тих
8.7 мільйона видів

потрібно тільки 3 речі.

З одного боку, життя на Землі
потребує енергії.

Складні організми, як ми,
черпають енергію від сонця,

але життя глибоко під землею
отримує її,

наприклад, від хімічних реакцій.

Різні джерела енергії

доступні на всіх планетах.

З іншого боку,

для життя потрібна їжа
або поживні речовини.

З цим уже складніше, особливо,
коли ви хочете соковитих помідорів.

(Сміх)

Проте, все живе на Землі
отримує поживні речовини

лише від 6 хімічних елементів,

і ці елементи можна знайти
на будь-якій планеті

нашої Сонячної системи.

Таким чином,
залишається лише одна річ,

яку найважче отримати.

Не лось, а вода.

(Сміх)

Хоча лось також дуже круто.

(Сміх)

Але вода не в твердому
чи газоподібному стані, а рідкому.

Ось що потрібно всьому живому.

На багатьох тілах Сонячної системи
немає рідкої води,

тому там ми не шукаємо.

На інших тілах Сонячної системи
може бути рідка вода,

навіть більше, ніж на Землі,

але вона захована під льодяним покривом,

до неї важко дістатися,

важко навіть дізнатися,
чи є там життя.

Отож, залишається декілька варіантів
для пошуку.

Давайте зробимо задачу легшою.

Давайте розглядати лише рідку воду
на поверхні планети.

В нашій Сонячній системі
є тільки 3 об'єкти,

на поверхні яких є вода.

За рахунком від Сонця --
це Венера, Земля та Марс.

Для того, щоб вода була рідкою,
потрібна атмосфера.

Але з нею вже складніше.

Атмосфера не повинна бути дуже щільна
або дуже гаряча,

бо планета буде занадто гарячою,
як Венера,

і на ній не буде рідкої води.

Коли ж атмосфера дуже розріджена
і дуже холодна,

отримаємо Марс.

Отож, Венера занадто гаряча,
Марс -- холодний,

а Земля -- те, що треба.

Ви можете подивитися на зображення
позаду і відразу зрозумієте,

де в нашій Сонячній системі
можуть бути живі організми.

Це як в казці про трьох ведмедів,

і це настільки просто,
що навіть дитина зрозуміла б.

Однак,

я хотів би вам нагадати про дві речі

з казки про трьох ведмедів,
над якими ми рідко задумуємося,

але які, на мою думку, доречні.

Перше:

якщо миска мами ведмедиці була холодна,

коли дівчинка зайшла в дім,

чи значить це,
що вона завжди була холодна?

Чи могла вона бути коли-небудь теплою?

Те, коли дівчинка заходить в дім,
визначає те,

що ми знаходимо в казці.

Те ж саме і з планетами.

Вони не статичні. Вони змінюються.

Вони змінюються. Вони еволюціонують.

Те саме відбувається з атмосферою.

Дозвольте навести приклад.

Це одне з моїх улюблених
зображень Марсу.

Це не найякісніше і не найпривабливіше
зображення,

це не найновіше зображення,

але воно показує русла рік,
викарбуваних на поверхні планети.

Ці русла створив потік рідкої води;

русла, які утворювалися сотні, тисячі
або десятки тисяч років.

Зараз на Марсі вони не з'являться.

Атмосфера на Марсі
занадто розріджена і холодна,

щоб могла з'явитися рідка вода.

Це зображення говорить про те,
що атмосфера на Марсі змінилася,

кардинально.

Але ж колись
вона була придатна для життя,

коли існували всі 3
життєвонеобхідні елементи.

Де ж поділася та атмосфера,

яка дозволяла воді
бути рідкою.

Існую ідея,
що вона зникла в космосі.

Частки атмосфери отримали
енергію та звільнилися

від гравітації планет,

вирвались в космос
та не повернулися.

Це відбувається зі всіма тілами
в атмосфері.

Комети мають хвости,

які чітко показують на витік атмосфери.

Венера також має атмосферу,
яка з часом зникає,

так, як на Марсі і на Землі.

Питання лише в ступені та масштабі.

Отож, ми хочемо вияснити,
скільки ж атмосфери зникло,

щоб пояснити ці зміни.

Звідки атмосфера бере енергію
для виходу?

Як частинки отримують достатньо
енергії?

Є 2 способи.

Перший - сонячне світло.

Воно поглинається
частинками атмосфери

та нагріває їх.

Так, я танцюю, але...

(Сміх)

Боже, на своєму
весіллі не танцював.

(Сміх)

Вони отримують енергію для втечі

від гравітації планети
тільки за рахунок нагрівання.

Інший спосіб для отримання енергії --
сонячний вітер.

Ці частинки, маса, матеріал,
покинувши поверхню сонця,

несуться через Сонячну систему

зі швидкістю 400 км за секунду,

інколи швидше під час сонячних бурь.

Вони мчать через космічний простір

назустріч планетам та їх атмосферам,

і можуть наділяти енергією

частинки атмосфери,
щоб ті втікли.

Це мене цікавить,

у відношенні до придатності життя.

Я говорив, що є дві речі, пов'язані з
казкою про трьох ведмедів,

на які я хочу звернути вашу увагу.

Друга -- більш тонка.

Якщо тарілка тата ведмедя занадто гаряча,

а мами ведмедиці -- занадто холодна,

чи повинна миска ведмежати бути
ще холоднішою,

якщо логічно думати?

Річ, в яку ви вірили все життя,

при детальнішому розгляді
може бути не такою і простою.

Звичайно, відстань від сонця
визначає температуру планети.

Це впливає на придатність для життя.

Але, можливо, треба взяти
й інші фактори до уваги.

Можливо, самі тарілки

визначають результат історії,

що є "те, що треба".

Я міг би розповідати вам
про безліч характеристик

цих трьох планет,

що впливають на
придатність життя,

але через егоїзм, пов'язаний
з моїм дослідженням,

і через те, що не ви, а я стою тут
та тримаю перемикач...

(Сміх)

Я хотів би поговорити хвилину або дві

про магнітні поля.

У Землі воно є,
а у Венери та Марсу -- немає.

Магнітні поля створюються в надрах планети

потоками електропровідної
рідкої речовини,

яка створює це велике стародавнє
магнітне поле навколо Землі.

Якщо у вас є компас,
він покаже, де північ.

На Венері та Марсі цього немає.

Якщо у вас є компас на Венері чи Марсі,

мої вітання, ви загубились.

(Сміх)

Чи це впливає на придатність для життя?

Або як могло б вплинути?

Багато вчених думають,
що магнітне поле планети

слугує щитом для атмосфери,

відганяючи віл планети
частинки сонячного вітру,

ніби створюючи ефект силового поля,

що має відношення до цих
електрично заряджених частинок.

Мені ж це здається перегородкою
між салатом та чхаючими відвідувачами.

(Сміх)

Мої колеги, які подивляться це потім,
зрозуміють,

що вперше в історії нашої общини

сонячний вітер зрівняли зі слизом.

(Сміх)

Отож, таким чином Земля
могла бути захищеною

протягом мільярдів років

завдяки магнітному полю.

Атмосфера не могла пропасти.

Марс, в свою чергу,
був не захищеним

через нестачу магнітного поля,

можливо, за мільярди років

достатньо атмосфери покинуло планету,

зумовивши перехід
від придатної для життя планети,

до тої, яку ми бачимо сьогодні.

Інші вчені думають,
що магнітні поля

більш схожі до вітрил на кораблі,

дозволяючи планеті взаємодіяти
з більшою кількістю сонячної енергії,

ніж вона могла отримати самостійно.

Вітрила можуть збирати енергію
сонячного вітру.

Магнітні поля можуть збирати енергію
сонячного вітру,

що дозволяє зникнути більшій кількості
частинок атмосфери.

Цю ідею ще потрібно перевірити,

але ефект та механізм роботи

здаються очевидними.

Тому що ми знаємо,

що енергія сонячного вітру
накопичується в нашій атмосфері

тут, на Землі.

Ця енергія проводиться
вздовж магнітних ліній

до полярних регіонів,

в результаті цього виникає полярне сяйво.

Якщо ви коли-небудь бачили
це чудове явище.

Ми знаємо, що отримуємо енергію.

Ми намагаємося визначити кількість
частинок, які губляться,

і чи впливає на цей процес магнітне поле.

Отже, я зазначив проблему,

але ще не маю рішення.

В нас немає рішення.

Але ми працюємо над ним.
Як ми працюємо над ним?

Ми відправили космічні апарати
на три планети.

Деякі з них ще на орбітах,

включаючи MAVEN, який зараз
на орбіті Марса.

Я залучений в цей проект,
який ведеться звідси,

з Колорадського університету.

Його ціль -- визначити вихід
атмосферних часток.

Також вимірювання проведені
на Венері та Землі.

Коли ми отримаємо всі вимірювання,

ми зможемо їх всі співставити
і зрозуміти,

як ці планети взаємодіють
з космічним простором

та зі своїм оточенням.

Ми зможемо вияснити, чи впливають
магнітні поля на придатність для життя

чи ні.

Чому вас повинна турбувати відповідь?

Особисто мене це хвилює...

в тому числі і фінансово.

(Сміх)

По-перше, відповідь на це питання

розповість нам більше
про ці три планети:

Венеру, Землю та Марс,

не тільки про їх взаємодію
з навколишнім середовищем сьогодні,

але й як це було мільярди років тому,

чи були вони коли-небудь заселені чи ні?

Ми дізнаємось більше
про атмосфери,

які нас оточують нас та близьких до нас.

Те, що ми дізнаємось про ці планети,

може застосовуватись
до будь-яких планет,

включаючи планети, які ми спостерігаємо
навколо інших зірок.

Наприклад, супутник "Кеплер",

збудований тут в Боулдері
та контролюється звідси ж,

вивчає область,
розміром з поштову марку на небі,

вже декілька років,

та знайшов тисячі планет

на цій крихітній ділянці космосу,

яка, на наш погляд, не відрізняється
від інших ділянок космосу.

За 20 років

від незнання ні одної планети
за межами Сонячної системи

до такої кількості,

що не можемо вирішити,
яку дослідити першу.

Будь-яка інформація вжлива.

На підставі даних супутника "Кеплер"

та інших аналогічних даних

ми дійшли висновку,

що з 200 мільярдів зірок
в одній лише галактиці Молочний Шлях,

в середньому кожна зірка
має щонайменше одну планету.

Більш того,

за оцінками, існує від 40 мільярдів
до 100 мільярдів планет

з придатними для життя умовами

тільки в нашій галактиці.

Ми спостерігаємо за цими планетами,

але ще не знаємо,
які з них придатні для життя.

Це ніби потрапити в пастку
в червоному колі...

(Сміх)

на сцені

і знати, що десь є ще інші світи,

і відчайдушно хотіти дізнатися
про них більше,

жадати опитати їх і виявити,
що, можливо, одна або дві з них

трохи схожі на нас.

Але ви не зможете зробити це.
Туди поки не добратись.

Через те доводиться використовувати
інструменти, створені для вивчення

Венери, Землі та Марсу.

застосовувати їх для інших випадків

і надіятись, що ваші висновки
з цих даних правдиві,

і що ви зумієте визначити
найкращих кандидатів

на придатні і непридатні
для життя планети.

Нарешті, принаймні зараз

наше червоне коло саме тут.

Це єдина відома нам планета,
придатна для життя,

хоча, можливо, скоро ми
дізнаємось про нові планети.

Але на сьогодні це єдина заселена планета,

і це наше червоне коло.

Я дуже радий, що ми тут.

Дякую.

(Оплески)