Что необходимо планете для поддержания жизни | Дейв Брейн | TEDxBoulder

«Венера слишком горячая, Марс слишком холодный, а Земля — в самый раз», — говорит учёный-планетолог Дейв Брейн. Но почему? В этом выступлении Брейн с чувством юмора рассуждает о том, как научно установить, какие условия нужны, чтобы планета могла стать пригодной для жизни, а также почему человечество, возможно, просто оказалось в нужном месте в нужное время, если говорить об этапах развития пригодных к жизни планет.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Узнайте больше на http://ted.com/tedx

Отлично. Будет очень весело!

(Смех)

Я очень рад находиться здесь.

Я рад, что вы здесь,

иначе было бы немного странно.

Я рад, что все мы здесь.

И говоря «здесь», я не имею в виду здесь.

Или здесь.

А вот здесь.

Я имею в виду Землю.

И под «мы» я подразумеваю не тех из нас,
кто находится в этом зале,

а жизнь,

всю жизнь на Земле —

(Смех)

от сложнейших форм до одноклеточных,

от плесени и грибов

до летающих медведей.

(Смех)

Интересно то,

что Земля — это единственное
известное нам место, где есть жизнь,

8,7 миллиона видов.

Мы искали в других местах,

может, не так усердно,
как должны были или могли,

но мы искали и ничего не нашли.

Земля — единственное
известное нам место, где есть жизнь.

Но уникальна ли Земля?

Это вопрос,
на который я хотел получить ответ

с раннего детства,

и я полагаю, что 80% аудитории

думали об этом и тоже хотели найти ответ.

Чтобы понять,
существуют ли другие планеты

в нашей Солнечной системе
или за её пределами,

на которых возможна жизнь,

в первую очередь нужно понять,
что необходимо для жизни здесь.

Выходит, что для всех 8,7 млн видов,

для жизни нужны только три вещи.

С одной стороны, всему живому на Земле
необходима энергия.

Сложные организмы, как мы,
получают энергию от Солнца,

а организмы глубоко под землёй
могут получать её,

например, от химических реакций.

Есть несколько
различных источников энергии,

имеющихся на всех планетах.

С другой стороны,

всему живому необходима еда
или питательные вещества.

С этим уже сложнее,
особенно если вы хотите сочный помидор.

(Смех)

Однако всё живое на Земле
получает питательные вещества

всего из шести химических элементов,

и эти элементы можно найти
на любом планетарном теле

в нашей Солнечной системе.

Таким образом, остаётся только одна вещь,

которую сложнее всего раздобыть.

Не лось, а вода.

(Смех)

Хотя лось, конечно, тоже здóрово.

(Смех)

Притом вода не в твёрдом
или газообразном состоянии, а жидкая.

Это то, что нужно
для существования любой жизни.

На многих космических телах
Солнечной системы нет жидкой воды,

поэтому мы туда и не смотрим.

На других телах Солнечной системы
может быть жидкая вода,

даже больше, чем на Земле,

но она заключена под ледяной коркой

и поэтому труднодоступна,
до неё сложно добраться,

даже сложно выяснить,
есть ли там какая-либо жизнь.

И это оставляет

несколько тел, которые нужно рассмотреть.

Давайте упростим себе задачу.

Давайте брать в расчёт только жидкую воду
на поверхности планеты.

В нашей Солнечной системе
существует только три тела,

на поверхности которых есть жидкая вода.

В порядке удаления от солнца
это Венера, Земля и Марс.

Чтобы вода была жидкой, нужна атмосфера.

Нужно быть очень осторожным
с этой атмосферой.

Она не должна быть слишком большой,
плотной или тёплой,

иначе получится слишком горячая планета,
как Венера,

и там не будет жидкой воды.

Но если атмосферы слишком мало,
и она слишком разряженная и холодная,

то получится слишком холодный Марс.

Итак, Венера слишком горячая,
Марс слишком холодный,

а Земля — то, что надо.

Посмотри́те на эти картинки позади меня,
и вы сразу увидите,

где может существовать жизнь
в нашей Солнечной системе.

Это как в сказке о трёх медведях,

проблема такая простая,
что понятна даже ребёнку.

Однако

я бы хотел напомнить вам о двух вещах

из сказки о трёх медведях,
о которых мы редко задумываемся,

но которые, я думаю, здесь очень уместны.

Первая:

если миска с кашей мамы медведицы
была слишком холодной,

когда девочка зашла в комнату,

значит ли это,
что миска всегда была холодной?

Могла ли она когда-то быть в самый раз?

То, когда девочка входит в комнату,
определяет то,

что мы находим в сказке.

То же самое справедливо для планет.

Они не статичны. Они изменяются.

Они варьируются. Они развиваются.

И с атмосферами происходит то же самое.

Разрешите привести пример.

Вот одна из моих любимых фотографий Марса.

Это не самое качественное
и привлекательное изображение,

и не самое новое,

но эта фотография показывает русла рек,
прорезающие поверхность планеты;

русла рек, созданные потоком жидкой воды;

русла рек, формирование которых занимает
сотни, тысячи или десятки тысяч лет.

Сейчас на Марсе они не появятся.

Сегодня атмосфера Марса
слишком разряжена и холодна,

чтобы вода оставалась жидкостью.

Вот этот снимок показывает,
что атмосфера Марса изменилась

и изменилась существенно.

Она изменилась из состояния,
которое мы определили бы как обитаемое,

потому что три условия для жизни
присутствовали там очень давно.

Куда исчезла эта атмосфера,

позволявшая жидкой воде
оставаться на поверхности?

Одна из версий — она ушла в космос.

Частицы атмосферы получили
достаточно энергии, чтобы вырваться

из гравитации планеты,

и улетели в космос,
чтобы никогда не вернуться.

Это происходит со всеми телами,
имеющими атмосферу.

У комет есть хвосты,

служащие ярким напоминанием
об утечке атмосферы.

Но и у Венеры есть атмосфера,
которая постепенно исчезает,

то же происходит на Марсе и Земле.

Дело только в уровне и масштабе.

Поэтому мы хотим выяснить,
как много исчезло со временем,

чтобы мы смогли объяснить эти изменения.

Как атмосфера получает энергию для выхода?

Как частицы получают
достаточно энергии для «побега»?

Если по-простому, есть два пути.

Во-первых, солнечный свет.

Свет солнца может поглощаться
атмосферными частицами

и нагревать их.

Да, я танцую, но они —

(Смех)

О боже, нет, даже на своей свадьбе.

(Смех)

Они получают достаточно энергии,
чтобы вырваться

и преодолеть притяжение планеты,
просто за счёт нагревания.

Второй способ получения ими энергии —
солнечный ветер.

Это частицы, масса, материал,
извергнутый с поверхности Солнца,

и они мчатся через Солнечную систему

со скоростью 400 км в секунду,

иногда быстрее во время солнечных бурь.

Они летят через межпланетное пространство

навстречу планетам и их атмосферам,

и они могут обеспечить энергию,

чтобы атмосферные частицы тоже улетели.

Мне это интересно,

потому что касается обитаемости.

Я упомянул, что в сказке о трёх медведях
есть две вещи,

на которые я хотел обратить ваше внимание,

и вторая из них более незаметная.

Если каша папы медведя слишком горячая,

а у мамы медведицы — слишком холодная,

не должна ли каша медвежонка
быть ещё холоднее,

если следовать этой логике?

То, во что вы верили всю свою жизнь,

при близком рассмотрении
может оказаться не таким простым.

И, конечно, расстояние от Солнца
определяет температуру на планете.

Это должно влиять
на пригодность для обитания.

Но, может быть, есть ещё что-то,
о чём мы должны подумать.

Может быть, сами чашки

определяют исход истории,

что есть «в самый раз».

Я мог бы рассказать вам
о множестве других характеристик

этих трёх планет,

которые могут влиять на обитаемость,

но я хотел бы посвятить пару минут

рассказу о магнитных полях.

У Земли оно есть; у Венеры и Марса — нет.

Магнитные поля создаюся в недрах планеты

потоками электропроводящего
жидкого вещества,

что и создаёт это сильное древнее
магнитное поле вокруг Земли.

Если у вас есть компас,
он покажет, где север.

На Венере и Марсе этого нет.

Если вы на Венере или Марсе с компасом —

поздравляю, вы заблудились.

(Смех)

Влияет ли это на обитаемость?

Как это могло бы влиять?

Многие учёные думают,
что магнитное поле планеты

служит щитом для атмосферы,

отгоняет частицы солнечного ветра
от планеты,

подобно эффекту силового поля

по отношению к электрически
заряженным частицам.

Мне же это видится перегородкой,
защищающей салаты от чихающих посетителей.

(Смех)

И да, мои коллеги, которые будут
смотреть это позже, поймут,

что впервые в истории нашего общества

солнечный ветер сравнили с соплями.

(Смех)

Таким образом Земля, возможно,
была защищена

миллиарды лет,

потому что у нас было магнитное поле.

Атмосфера не могла улететь.

Марс, с другой стороны, был незащищённым,

потому что у него нет магнитного поля,

и за миллиарды лет,

возможно, планету покинуло
достаточно атмосферы,

чтобы объяснить переход
от обитаемой планеты

к планете, которую мы видим сегодня.

Другие учёные считают, что магнитные поля

скорее схожи с парусами корабля

и позволяют планете взаимодействовать
с бóльшим количеством солнечной энергии,

чем планета могла бы
уловить самостоятельно.

Возможно, паруса собирают
энергию солнечного ветра.

Возможно, магнитные поля
собирают энергию солнечного ветра,

отчего теряется ещё больше атмосферы.

Эту идею ещё нужно проверить,

но эффект и принцип действия

кажутся очевидными.

Потому что мы знаем,

что энергия солнечного ветра
накапливается в нашей атмосфере

здесь, на Земле.

Эта энергия проводится
по магнитным силовым линиям

к полярным областям,

рождая необыкновенно прекрасное
северное сияние.

Если вам доводилось его видеть,
оно великолепно.

Мы знаем, что энергия поступает.

Мы пытаемся измерить,
какое количество частиц утекает

и влияет ли магнитное поле
на этот процесс.

Итак, я обозначил проблему,

решения которой у меня ещё нет.

У нас ещё нет.

Но мы работаем над этим.
Как мы работаем над этим?

Мы послали космические корабли
на все три планеты.

Некоторые ещё на орбитах,

включая спутник MAVEN,
который сейчас находится на орбите Марса.

Я участвую в этом проекте,
который ведётся отсюда,

прямо из Колорадского университета.

Он создан для измерения утечки атмосферы.

У нас есть похожие измерения
с Венеры и Земли.

Когда у нас будут все измерения,

мы сможем объединить их и понять,

как все три планеты взаимодействуют
с космической средой,

с их окружением.

И мы сможем решить, являются ли магнитные
поля важными для обитаемости

или нет.

Почему вас должен заботить ответ?

Меня это очень волнует...

в том числе с финансовой точки зрения.

(Смех)

В первую очередь, ответ на этот вопрос

даст нам больше знаний
об этих трёх планетах,

Венере, Земле и Марсе,

не только как они взаимодействуют
со своей средой сегодня,

но и как это было миллиарды лет назад,

были ли они обитаемы в прошлом или нет.

Мы узнаем больше об атмосферах,

которые окружают нас и близки к нам.

А то, что мы узнаем об этих планетах,

применимо к любым атмосферам,

включая планеты, которые мы
наблюдаем вокруг других звёзд.

Например, спутник «Кеплер»

был построен здесь в Боулдере
и управляется отсюда.

Он изучает область, которая с Земли
кажется размером с почтовую марку,

уже несколько лет

и нашёл тысячи планет

на этом крошечном участке космоса,

который мы не считаем отличным
от какой-либо другой части неба.

За 20 лет мы прошли путь

от незнания ни одной планеты
за пределами Солнечной системы

к открытию стольких сегодня,

что не знаем, которые исследовать
в первую очередь.

Любая информация важна.

В действительности, основываясь на
наблюдениях «Кеплера»

и других подобных наблюдениях,

мы сейчас считаем,

что из 200 миллиардов звёзд
в одном только Млечном пути,

в среднем у каждой звезды
есть по крайней мере одна планета.

В дополнение к этому

по приблизительным оценкам
существует от 40 до 100 миллиардов планет,

которые мы можем определить
как пригодные к обитанию

в одной только нашей галактике.

Мы наблюдаем за этими планетами,

но пока не знаем,
которые из них пригодны для жизни.

Это словно оказаться в ловушке,
в красном круге...

(Смех)

на сцене

и знать, что где-то есть другие миры,

и отчаянно хотеть узнать о них больше,

исследовать их и обнаружить,
что, возможно, один или два из них

немного похожи на нас.

Но это невозможно сделать.
Туда пока нельзя добраться.

И поэтому, нужно пользоваться
доступными средствами,

созданными для изучения
Венеры, Земли и Марса,

и нужно применять их к тем
другим ситуациям,

и надеяться, что делаешь
обоснованные выводы из полученных данных,

и что сможешь определить
наилучших кандидатов

в планеты, пригодные
и не пригодные к обитанию.

В конце концов, по крайней мере пока,

это и есть наш красный круг, прямо здесь.

Это единственная известная нам
обитаемая планета,

хотя, возможно, очень скоро
мы узнаем больше.

Но сейчас это единственная
обитаемая планета,

и это наш красный круг.

И я правда рад, что мы здесь.

Спасибо

(Аплодисменты)