Powierzchnia mieszkalna

Zamieszkania strefa lub ZH jest w astronomii i exobiology , regionu miejsca , gdzie warunki są korzystne dla pojawienia się życia , jakie znamy na Ziemi . Istnieją dwa typy regionów, które mogą być wspólnie korzystne, jeden na poziomie układu planetarnego , drugi na poziomie galaktyki . Te planety i księżyce znajdujące się w tych regionach są potencjalnymi kandydatami do zamieszkiwania planety i dlatego potencjalnie mogące być siedliskiem życia pozaziemskiego .

Te granice tych obszarów mieszkalnych są obliczane na podstawie znanych elementów biosfery na Ziemi, a jego położenie w układzie słonecznym i ilości energii, które otrzymuje od Słońca .

Historia

Koncepcję strefy nadającej się do zamieszkania wprowadził w 1913 roku Edward Maunder w swojej książce Are The Planets Inhabited? („ Czy planety są zamieszkane? ”), A następnie omówione w 1953 roku przez Hubertusa Strugholda w jego traktacie The Green and the Red Planet: A Physiological Study of the Possibility of Life on Mars („ The green planet and the red planet: study physiological possible życia na Marsie ), gdzie po raz pierwszy używa terminu „ ekosfera ” i wyróżnia różne „strefy”, w których może pojawić się życie . W tym samym roku Harlow Shapley napisał Liquid Water Belt , w którym rozwinął tę samą koncepcję bardziej szczegółowo. Obaj autorzy przywiązują dużą wagę do obecności wody w stanie ciekłym, aby umożliwić pojawienie się życia. Termin ekosfera („ekosfera”) został ukuty w 1959 roku przez amerykańskiego astrofizyka Su-Shu Huanga w celu określenia strefy wokół gwiazdy, w której woda może być utrzymywana w postaci ciekłej.

Okołogwiazdowa strefa życia (ZHC)

Okoliczna zamieszkała strefa (lub ekosfera , w skrócie ZH) to teoretyczna kula otaczająca gwiazdę, w której temperatura powierzchni krążących tam planet pozwalałaby na pojawienie się wody w stanie ciekłym. Wielu Wierzy, że woda w stanie ciekłym jest niezbędna ze względu na jej rolę w reakcjach biochemicznych . W 1959 roku fizycy Philip Morrison i Giuseppe Cocconi opisali ten obszar w wyszukiwaniu SETI . W 1961 roku Frank Drake spopularyzował ten pomysł w swoim równaniu .

W praktyce strefa ta odpowiada tej, w której oczekuje się możliwości wykrycia organicznego życia na powierzchni poprzez jego interakcję z atmosferą (biomarkery). Innymi słowy, mogą istnieć obiekty nadające się do zamieszkania poza strefą nadającą się do zamieszkania, ale są one zatem a priori prawdopodobnie nadające się do zamieszkania w piwnicy, a nie na powierzchni, brak interakcji z atmosferą sprawi, że ich wykrycie będzie niezwykle trudne, jeśli nie niemożliwe. im.

To, czy ciało znajduje się w okołogwiazdowej nadającej się do zamieszkania strefie gwiazdy macierzystej, zależy od promienia orbity planety (w przypadku naturalnych satelitów orbity planety macierzystej), masy samego ciała i strumienia promieniowania gwiazdy macierzystej. Biorąc pod uwagę szeroki zakres mas planet w ekosfera, w połączeniu z odkryciem planety super-lądowych, które mogą wytrzymać grubsze atmosfery i silniejsze pole magnetyczne niż Ziemia, circumstellar strefy mieszkalne są obecnie podzielony na dwa odrębne regiony: " konserwatywny mieszkalnych strefa ", w której planety o niższej masie, takie jak Ziemia, mogą pozostać nadające się do zamieszkania; uzupełnione większą „ rozszerzoną strefą zamieszkiwalną ”, w której planeta taka jak Wenus, z silniejszymi efektami cieplarnianymi, może mieć odpowiednią temperaturę, aby woda w stanie ciekłym istniała na powierzchni.

Gwiazdy typu słonecznego

Wokół Słońca większość autorów umieszcza ekosferę między 142 a 235 milionami kilometrów . Ziemia, znajdująca się 149,6 × 10 6 km od Słońca, jest więc blisko swojej wewnętrznej granicy. W miarę jak Słońce stopniowo staje się coraz jaśniejsze (jego jasność wzrasta o 7% na miliard lat), Ziemia nie będzie już w ekosferze za 1,7 miliarda lat .

Jeśli, przeciwnie, możemy przyznać, że Ziemia jest w przybliżeniu w środku mieszkalnej strefie wokół Słońca, możemy obliczyć dla każdej gwiazdy odległość od centrum tej strefy do gwiazdy w zależności od wielkości i jasności z star. 'star: energia otrzymywana przez planetę jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od gwiazdy ( prawo odwrotnych kwadratów ), jako odniesienie bierzemy odległość od Ziemi do Słońca (1 AU) i jasność tego ci, aby otrzymać następujące równanie względne: ${\ displaystyle d _ {\ mathrm {UA}}}$ ${\ displaystyle L _ {\ text {gwiazda}}}$ ${\ displaystyle L _ {\ text {słońce}}}$

{\ displaystyle d _ {\ mathrm {UA}} = {\ sqrt {\ frac {L _ {\ text {gwiazda}}} {L _ {\ text {słońce}}}}}}

lub:

{\ Displaystyle d _ {\ mathrm {UA}} \,}

jest promieniem ZH w jednostkach astronomicznych ;

{\ displaystyle L _ {\ text {gwiazda}} \,}

jasność gwiazdy;

{\ displaystyle L _ {\ text {słońce}} \,}

jasność słońca .

Na przykład gwiazda z 25% jasności Słońca będzie miała ZH wyśrodkowany na około 0,50 AU , a gwiazda o dwukrotnie większej jasności niż Słońce będzie miała ZH wyśrodkowany na 1,41 AU. „Środek” ZH definiuje się zatem jako odległość, na jakiej egzoplaneta musiałaby znajdować się w stosunku do swojej gwiazdy, aby mieć średnią temperaturę porównywalną z ziemską, zakładając (wśród wielu innych warunków), że ma ona podobna atmosfera pod względem składu i gęstości.

Ponieważ podczas swojej ewolucji w ciągu głównym gwiazdy stają się jaśniejsze i gorętsze, logicznie rzecz biorąc, HZ stopniowo oddala się od gwiazdy. Aby zoptymalizować potencjał rozwojowy życia, planeta powinna znajdować się na orbicie pozostającej w ZH tak długo, jak to możliwe.

Gwiazdy karłowate M

Większość karłów typu M otoczona jest zwężonym układem planetarnym , charakteryzującym się małą liczebnością masowych planet rzędu Jowisza i obecnością kilku planet skalistych . Około jedna trzecia tych skalistych planet krąży po orbicie w strefie zamieszkałej i dlatego może zawierać wodę w stanie ciekłym na powierzchni.

Galaktyczna strefa życia (ZHG)

Aby życie pojawiło się na planecie, nie wystarczy, że znajduje się w ekosferze jej gwiazdy; jego układ planetarny musi znajdować się wystarczająco blisko centrum galaktyki, aby mieć wystarczająco dużo ciężkich pierwiastków, które sprzyjają tworzeniu się planet tellurycznych i atomów niezbędnych do życia, takich jak żelazo w hemoglobinie lub miedź w hemocyjaninie i jod w tarczycy .

Ale ten system będzie musiał również znajdować się wystarczająco daleko od centrum galaktyki, aby uniknąć niebezpieczeństw, takich jak:

szczotkowanie gwiazd powodujące niestabilność orbit lub deszcze komet i asteroid ;
promieniowanie z supernowych ;
duże czarne dziury w centrum galaktyki.

Badania Wykazały również, że regiony, w których występuje dużo ciężkich pierwiastków, wydają się mieć większe szanse na to, że olbrzymie planety krążą bardzo blisko ich gwiazdy, co mogłoby zniszczyć lub wyrzucić z układu planety typu ziemskiego. Z tych wszystkich powodów bardzo trudno jest określić ZH galaktyki.

W naszej galaktyce, Drodze Mlecznej , ZHG znajdowałby się 25 000 lat świetlnych (8 kilo parseków ) od centrum galaktyki, obejmując 6000 lat świetlnych i zawierający gwiazdy mające od 4 do 8 miliardów lat. Ponieważ galaktyki mają różne składy, ZHG może być większy lub mniejszy, a nawet w ogóle nie istnieć w niektórych galaktykach.

Atmosferyczna strefa życia (ZHA)

Kandydaci

W tej nadającej się do zamieszkania strefie znajdują się trzy planety ziemskie wokół Gliese 581 , czerwonego karła znajdującego się 20,5 lat świetlnych od Ziemi. W tym systemie Gliese 581 g jest w momencie jego odkrycia29 września 2010najbardziej przystosowany do obecności życia. Pozostają jednak wątpliwości co do istnienia tej egzoplanety.
Układ gwiazd utworzony wokół HD 10180 , gwiazdy klasy G oddalonej o 127 lat świetlnych, obejmowałby również planetę krążącą w strefie nadającej się do zamieszkania. Ta planeta, HD 10180 g, znajdowałaby się w odległości 1,422 AU od swojej gwiazdy, jej masa mogłaby być około 20 razy większa niż Ziemia, a jej okres orbitalny trwałby odpowiednik 601,2 ziemskich dni.
Plik 5 grudnia 2011NASA ujawniła istnienie innej planety umieszczonej w ekosferze gwiazdy podobnej do Słońca. Ta planeta o nazwie Kepler-22b znajduje się około 600 lat świetlnych od Ziemi. Według NASA byłby 2,4 razy większy od Ziemi i okrążyłby swoją gwiazdę w 290 dni. Kepler-22b stanowi wielki potencjał w poszukiwaniu życia pozaziemskiego.
Plik 17 kwietnia 2014NASA ogłasza, że planeta Kepler-186 f znajduje się w ekosferze gwiazdy Kepler-186 i miałaby taką samą wielkość jak Ziemia. W 2014 roku jest to planeta najbardziej podobna do Ziemi.
Plik 29 czerwca 2014, Gliese 832 c został odkryty przez międzynarodowy zespół astronomów, kierowany przez Roberta A. Wittenmyer, to wtedy najbliższy członek na Ziemię w Katalogu mieszkalnych egzoplanet ponieważ ma współczynnik podobieństwa do Ziemi o 0,81, jedna z najwyższych ze wszystkich znanych egzoplanet.
czwartek 23 lipca 2015 rNASA ogłasza odkrycie planety o nazwie Kepler-452b . Położona około 1400 lat świetlnych od nas, w konstelacji Łabędzia , jest pierwszą ziemską planetą wykrytą w ekosferze gwiazdy typu słonecznego innej niż samo Słońce. Przy promieniu o 60% większym niż promień Ziemi , Kepler-452b miałby zatem objętość około 4 razy większą i masę około 5 razy większą. Ta egzoplaneta, znajdująca się w układzie mającym 6 miliardów lat (1,5 miliarda lat starszym od Układu Słonecznego ), przeszłaby (zgodnie z modelami) to, co Ziemia przejdzie za nieco ponad miliard lat.

Opinie

Koncepcja jest krytykowana przez Iana Stewarta i Jacka Cohena w ich książce Evolving the Alien ( The Evolution of aliens ), w dwóch punktach:

hipoteza ta zakłada, że życie pozaziemskie ma takie same potrzeby rozwojowe jak życie ziemskie, które uważają za redukcyjne;
nawet przyjmując ten pierwszy punkt, pewne okoliczności sprawiłyby, że planety położone poza ZH nadawały się do zamieszkania. Podejrzewa się na przykład , że jeden z satelitów Jowisza w Europie może ukrywać ocean pod warstwą lodu o długości kilku kilometrów, w którym mogą znajdować się formy życia.

Zwróć również uwagę, że obszar może być większy niż oczekiwano, w zależności od ilości wody na planecie.

Uwagi i odniesienia

" Co to jest planeta w strefie nadającej się do zamieszkania?" » , Na www.sciencesetavenir.fr ,18 kwietnia 2014(dostęp 25 września 2014 ) .
(w) Ralph Lorenz (w) , Exploring Planetary Climate: A History of Scientific Discovery on Earth, Mars, Venus and Titan , Cambridge University Press ,2019, 316 str. ( ISBN 978-1-108-47154-1 i 1-108-47154-4 , czytaj online ) , str. 53.
(w) Ralph Lorenz (w) , „ Praca Maundera na temat siedlisk planetarnych w 1913 roku. Wczesne użycie terminu„ strefa zamieszkała ”oraz„ Obliczanie równania Drake'a ” , notatki badawcze Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego , tom. 4, n O 6,2020( DOI 10.3847 / 2515-5172 / ab9831 ).
(w) Richard J. Huggett, Geoecology: An Evolutionary Approach , Routledge, Chapman & Hall,1995, 320 s. ( ISBN 978-0-415-08689-9 , prezentacja online ) , str. 10.
(w) Hubertus Strughold, The Green and Red Planet: A Physiological Study of the Possibility of Life on Mars , University of New Mexico Press,1953( prezentacja online ).
(w) James F. Kasting, Daniel P. Whitmire i Ray T. Reynolds ' Habitable Zones around Main Sequence Stars " , Icarus , vol. 101 n o 1,Styczeń 1993, s. 108-118 ( DOI 10.1006 / icar.1993.1010 ).
(en) Su-Shu Huang, National Research Council (USA). Study Group on Biology and the Exploration of Mars, Extraterrestrial life: An Anthology and Bibliography , Washington, DC, National Academy of Sciences ,1966( Bibcode 1966elab.book ..... S , prezentacja online ) , str. 87-93.
(w) James F. Kasting , „ Runaway Greenhouse and Moist Atmospheres and the evolution of Earth and Venus ” , Icarus 74 ,1 st lutego 1988( DOI 10.1016 / 0019-1035 (88) 90116-9 , czytaj online , dostęp: 29 października 2020 )
(w) Aomawa L. Shields, Sarah Ballard i John Asher Johnson, „ Zdolność do zamieszkania planet krążących wokół gwiazd krasnoludów typu M ” , Physics Reports , Vol. 663,5 grudnia 2016 r, s. 1-38 ( DOI 10.1016 / j.physrep.2016.10.003 ).
(en) Laurent Sacco, „ Exoplanète: Gliese 581 c sprzyjałoby rozwojowi Życia! » , O Futura-Sciences .
(w) New Planet może być w stanie pielęgnować organizmy w The New York Times z 29 września 2010.
Astronomowie odkryli egzoplanetę potencjalnie nadającą się do zamieszkania w Le Monde 30 września 2010 roku.
" Gliese 581g: pierwsza nadająca się do zamieszkania planeta pozasłoneczna?" Nie jestem pewien ... ” , na www.techno-science.net .
" Planet: HD10180g " , Extrasolar Planets Encyclopaedia (dostęp 27 września 2010 ) .
Science Zone - ICI.Radio-Canada.ca, „ Nadający się do zamieszkania jak Ziemia? » , W Radio-Canada.ca .
Science Zone - ICI.Radio-Canada.ca, „ Planeta porównywalna z Ziemią poza Układem Słonecznym ” , w Radio-Canada.ca .
" NASA przedstawia Kepler 452b, planetę kuzynki Ziemi " (dostęp 24 lipca 2015 ) .
" NASA przedstawia nam planetę najbardziej podobną do Ziemi: Kepler 452-b - SciencePost " (dostęp 24 lipca 2015 ) .
" Kepler-452b " , w exoplanetarchive.ipac.caltech.edu (dostęp 24 lipca 2015 ) .
Exoterres to prawdopodobnie araki, jak w sadze Diuny na www.futura-sciences.com .

Zobacz też

Bibliografia

Charles H. Lineweaver, Yeshe Finner i Brad K. Gibson, „The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way”, Science ,2 stycznia 2004, Tom 303 n O 5654, s. 59-62 .

[Lorenz 2020] (en) Ralph D. Lorenz , „ Praca Maundera na temat siedlisk planetarnych w 1913 roku: wczesne użycie terminu„ strefa zamieszkała ”i„ obliczanie równania drake'a ” , notatki badawcze AAS , vol. 4, n O 6,2 czerwca 2020 r( czytaj online )

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne

(en) „ Habitable zone (HZ) ” , on The Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy and Spaceflight (dostęp 23 października 2014 )
(en) „ Stars and Habitable Planets ” , na SolStation (dostęp 23 października 2014 )
(en) „ The Habitable Zone Gallery ” (dostęp 23 października 2014 )