Föld analóg - Earth analog

A Wikipédiából, az ingyenes enciklopédiából

A Napon kívüli bolygók tudományos keresése és tanulmányozása előtt a filozófia és a science fiction segítségével vitatkoztak a lehetőségről. A középszerűség elve azt sugallja, hogy a Földhöz hasonló bolygóknak gyakoriaknak kell lenniük az Univerzumban , míg a Ritka Föld hipotézis szerint rendkívül ritkák. Az eddig felfedezett több ezer exobolygó csillagrendszer mélyen különbözik a Naprendszertől , alátámasztva a ritkaföldfém hipotézist .

A filozófusok rámutattak, hogy a világegyetem mérete akkora, hogy valahol közel azonos bolygónak kell léteznie. A távoli jövőben , a technológia lehet használni az ember által mesterségesen előállítani egy földi analóg által terraforming . A multiverzum elmélet azt sugallja, hogy egy földi analóg létezhet egy másik univerzumban, vagy akár maga a Föld egy másik változata egy párhuzamos univerzumban .

November 4-én, 2013-ban, a csillagászok számoltak alapján Kepler űrmisszió adatok, hogy ott lehet kevesebb, mint 40 milliárd Föld méretű bolygó kering a lakható zónákban a Naphoz hasonló csillagok és a vörös törpe csillag a Tejútrendszer . Statisztikailag a legközelebbi ilyen bolygó a Földtől számított 12 fényévre várható . 2020 szeptemberében a csillagászok 24 szuperlakható bolygót (a Földnél jobb bolygók) jelentettek be, jelenleg több mint 4000 megerősített exobolygó közül, asztrofizikai paraméterek , valamint a Földön ismert életformák természettörténete alapján .

A kilencvenes évek óta bekövetkezett tudományos eredmények nagyban befolyásolták az asztrobiológia területét , a bolygói lakhatósági modelleket és a földönkívüli intelligencia keresését (SETI).

Történelem

Percival Lowell a Marsot száraz, de földszerű bolygóként ábrázolta, és egy földönkívüli civilizáció számára lakható.
Homokdűnék a Namib sivatagban a földön (felül), összehasonlítva a Belet on Titan dűnékkel

1858 és 1920 között sokan - köztük néhány tudós - úgy gondolták, hogy a Mars nagyon hasonló a Földhöz, csak szárazabb, sűrű légkörű, hasonló tengelyirányú dőléssel, pályával és évszakokkal, valamint egy olyan marslakó civilizáció, amely nagyszerű Mars -csatornákat épített . Ezeket az elméleteket Giovanni Schiaparelli , Percival Lowell és mások fejlesztették ki. Ennek megfelelően a Mars a szépirodalomban a vörös bolygót a Földhöz hasonlónak ábrázolta, de sivatagi jellegű tájat. A Mariner (1965) és a Viking űrszondák (1975–1980) képei és adatai azonban a bolygót terméketlen, kráteres világként tárták fel. A folyamatos felfedezések mellett azonban más földi összehasonlítások is megmaradtak. Például a Mars -óceán hipotézise a viking missziókból ered, és az 1980 -as években népszerűvé vált. A múlt víz lehetőségével fennállt annak a lehetősége, hogy az élet megindulhatott a Marson, és ismét a Földhöz hasonlónak érezték.

Hasonlóképpen, az 1960 -as évekig sokan - köztük néhány tudós - úgy vélték , hogy a Vénusz a Föld melegebb változata, sűrű légkörrel, és forró és poros, vagy párás, vízfelhőkkel és óceánokkal. A Vénuszt a szépirodalomban gyakran úgy ábrázolták, hogy hasonlít a Földre, és sokan spekuláltak a Vénusz civilizációjáról. Ezeket a hiedelmeket az 1960 -as években eloszlatták, amikor az első űrszondák pontosabb tudományos adatokat gyűjtöttek a bolygón, és megállapították, hogy a Vénusz egy nagyon forró világ, amelynek felszíni hőmérséklete 462 ° C (864 ° F) körül van savas atmoszférában, felületi nyomással 9,2 MPa (1330 psi).

2004 - től a Cassini-Huygens felfedte a Szaturnusz Titán holdját, amely a lakhatósági zónán kívül az egyik leginkább Föld-szerű világ. Bár drámaian eltérő kémiai összetételűek voltak, olyan felfedezések, mint a 2007 -ben a Titán -tavak , folyók és folyóvízi folyamatok megerősítése, előreláthatóan összehasonlították a Földet. További megfigyelések, beleértve az időjárási jelenségeket, segítették a földszerű bolygókon esetleg működő geológiai folyamatok megértését.

A Kepler űrtávcső 2011-től kezdte megfigyelni a potenciális szárazföldi bolygók áthaladását a lakható övezetben. Bár a technológia hatékonyabb eszközt biztosított a bolygók észlelésére és megerősítésére, nem tudta véglegesen megállapítani, hogy valójában milyenek a Föld-jelölt bolygók. 2013 -ban több, kevesebb, mint 1,5 Föld sugarú Kepler -jelölt kering a csillagok lakható övezetében. Csak 2015 - ben jelentették be az első Földközeli méretű jelöltet, amely a napenergia-jelölt, a Kepler-452b körül kering .

Tulajdonságok és kritériumok

A Föld -analóg megtalálásának valószínűsége leginkább a várhatóan hasonló tulajdonságoktól függ, és ezek nagyon eltérőek. Általában úgy vélik, hogy földi bolygóról lenne szó, és több tudományos tanulmány is készült ilyen bolygók megtalálására. Gyakran feltételezik, de nem kizárólagosan az olyan kritériumokat, mint a bolygó mérete, a felszíni gravitáció, a csillag mérete és típusa (pl. Napanalóg ), a pálya távolsága és stabilitása, tengelyirányú dőlés és forgás, hasonló földrajz , óceánok , levegő- és időjárási viszonyok, erős magnetoszféra és még a földszerű komplex élet jelenléte . Ha összetett élet van, előfordulhat, hogy néhány erdő borítja a föld nagy részét. Ha van intelligens élet, a föld egyes részeit a városok fedhetik le . Néhány tényező, amelyet feltételeznek egy ilyen bolygóról, a Föld saját története miatt valószínűtlen. Például a Föld légköre nem volt mindig oxigénben gazdag, és ez egy biosignature a fotoszintetikus élet megjelenéséből. A Hold ezen tulajdonságainak (például az árapály -erőknek ) kialakulása, jelenléte, befolyásolása szintén problémát jelenthet a földi analóg megtalálásában.

Méret

Méret-összehasonlítások: Kepler-20e és Kepler-20f , Vénusz és Föld

A méretet gyakran jelentős tényezőnek tartják, mivel a Föld méretű bolygókról valószínűbb, hogy szárazföldi jellegűek, és képesek megtartani a Földhöz hasonló légkört.

A lista tartalmazza bolygó tartományon belül 0,8-1,9 földmasszák, amely alatt általában minősíthető al-Föld felett minősíteni szuper-Föld . Ezenkívül csak azok a bolygók tartoznak ide, amelyekről ismert, hogy a Föld sugárának 0,5–2,0 tartományába esnek (a Föld sugarának fele és kétszerese között).

A méretkritériumok szerint a legközelebbi bolygótömegű tárgyak ismert sugár vagy tömeg szerint:

Név Földtömegek ( M ) Föld sugarai ( R ) jegyzet
Kepler-69c 0,98 1.7 Eredetileg a körülményes lakható övezetben (CHZ) tartották, most túl forrónak.
Kepler-9d > 1.5 1.64 Rendkívül meleg.
COROT-7b <9 1.58
Kepler-20f <14.3 1.03 Kicsit nagyobb és valószínűleg masszívabb, túl forró ahhoz, hogy Földszerű legyen.
Tau Ceti b 2 Rendkívül meleg. Tranzit nem ismert.
Kepler-186f 1.1 Pályák a lakható övezetben.
föld 1 1 Pályák a lakható övezetben .
Vénusz 0,815 0,949 Sokkal melegebb.
Kepler-20e <3.08 0,87 Túl meleg ahhoz, hogy Földszerű legyen.
Proxima b > 1.27 > 1.1 A Földhöz legközelebbi exobolygó.

Ez az összehasonlítás azt jelzi, hogy a méret önmagában rossz mutató, különösen a lakhatóság szempontjából . A hőmérsékletet a Vénusznak és az Alpha Centauri B (2012-ben felfedezett), a Kepler-20 (2011-ben felfedezett), a COROT-7 (2009-ben felfedezett) és a Kepler-42 három bolygójának (2011-ben fedezték fel) is figyelembe kell venni. ) nagyon forró, és a Mars , a Ganimédész és a Titán rideg világok, ami szintén sokféle felszíni és légköri körülményt eredményez. A Naprendszer holdjainak tömege a Föld töredékének töredéke, míg a Napon kívüli bolygók tömegeit nagyon nehéz pontosan mérni. A Föld méretű szárazföldi bolygók felfedezései azonban fontosak, mivel jelezhetik a Föld-szerű bolygók valószínű gyakoriságát és eloszlását.

Földi

A Szaturnusz Titan holdjának ilyen felületei ( Huygens -szonda által készített ) felületes hasonlóságokat mutatnak a Föld árterületeivel

Egy másik gyakran idézett kritérium az, hogy a Föld analógjának földinek kell lennie, vagyis hasonló felszíni geológiával kell rendelkeznie - egy hasonló felszíni anyagokból álló bolygófelülettel . A legközelebbi ismert példák a Mars és a Titan, és bár vannak hasonlóságok a felszínformáikban és a felszíni összetételeikben, jelentős különbségek is vannak, mint például a jég hőmérséklete és mennyisége.

A Föld felszíni anyagainak és felszínformáinak nagy része a vízzel való kölcsönhatás (például agyag és üledékes kőzetek ) vagy az élet mellékterméke (például mészkő vagy szén), a légkörrel való vulkanikus vagy mesterséges kölcsönhatás eredményeként keletkezik. Egy valódi földi analógnak tehát hasonló folyamatok során kell kialakulnia, légkörrel, vulkáni kölcsönhatásokkal a felszínnel, múltbeli vagy jelenlegi folyékony vízzel és életformákkal .

Hőfok

Számos tényező határozza meg a bolygó hőmérsékletét, és ezért számos olyan intézkedés, amely összehasonlíthatja a Földét azokban a bolygókban, ahol a légköri feltételek ismeretlenek. Az egyensúlyi hőmérsékletet légkör nélküli bolygókra használják. A légkör mellett üvegházhatást feltételezünk. Végül a felületi hőmérsékletet kell használni. Mindegyik hőmérsékletet befolyásolja az éghajlat, amelyet befolyásol a bolygó pályája és forgása (vagy dagályos reteszelése), amelyek mindegyike további változókat vezet be.

Az alábbiakban összehasonlítjuk a megerősített bolygókat a Földhöz legközelebbi ismert hőmérsékletekkel.

Hőmérséklet -összehasonlítások Vénusz föld Kepler 22b Mars
Globális egyensúlyi hőmérséklet 307 K
34 ° C
93 ° F
255 K
-18 ° C
-0,4 ° F
262 K
-11 ° C
22,2 ° F
206 K
-67 ° C
-88,6 ° F
+ Üvegházhatású gáz hatás 737 K
464 ° C
867 ° F
288 K
15 ° C
59 ° F
295 K
22 ° C
71,6 ° F
210 K
–63 ° C
–81 ° F
Tidally zárva Majdnem Nem Ismeretlen Nem
Global Bond albedo 0.9 0,29 0,25
Refs.

Szolár analóg

Az ideális életet hordozó földi analóg másik kritériuma, hogy a napenergia-analóg körül kell keringenie ; vagyis a Napunkhoz hasonló csillag. Ez a kritérium azonban nem biztos, hogy teljesen érvényes, mivel számos különböző típusú csillag biztosíthatja az élet vendégszerető helyi környezetét. Például a Tejútrendszerben a legtöbb csillag kisebb és halványabb, mint a Nap. Az egyik ilyen csillag, a TRAPPIST-1 , 12 parsek (39 fényév) távolságra található, és nagyjából 10-szer kisebb és 2000-szer gyengébb, mint a mi napunk, mégis legalább 6 földszerű bolygót tárol lakható övezetében . Bár ezek a körülmények kedvezőtlennek tűnhetnek az élet számára, mint tudjuk, a TRAPPIST-1 várhatóan 12 billió évig fog égni (szemben a napunk 5 milliárd éves élettartamával), ami elég idő ahhoz, hogy az élet abiogenezis útján keletkezzen . Összehasonlításképpen: az élet mindössze 1 milliárd év alatt alakult ki a földön .

Felszíni víz és hidrológiai ciklus

A víz a Föld felszínének 70% -át borítja, és minden ismert élet igényli
A Napszerű csillagok lakható övezetében található
Kepler-22b lehet a legjobb exobolygó jelölt a földönkívüli felszíni vizek felfedezésére, de lényegesen nagyobb, mint a Föld, és tényleges összetétele ismeretlen

A lakható zóna (vagy folyékony vízzóna) fogalma, amely meghatározza azt a régiót, ahol a víz létezhet a felszínen, mind a Föld, mind a Nap tulajdonságain alapul. E modell szerint a Föld nagyjából ennek a zónának a közepén vagy az "Aranyló" helyzetben kering. A Föld az egyetlen bolygó, amelyről jelenleg megerősítették, hogy rendelkezik nagy felszíni víztestekkel. A Vénusz a zóna meleg oldalán található, míg a Mars a hideg oldalon. Egyikükről sem ismert tartós felszíni víz, bár vannak bizonyítékok arra, hogy a Marsnak volt ősi múltja, és feltételezések szerint ugyanez volt a helyzet a Vénusszal is. Így a Naprendszeren kívüli bolygók (vagy holdak) az Aranyvirágú helyzetben, jelentős légkörrel rendelkezhetnek a Földhöz hasonló óceánokkal és vízfelhőkkel. A felszíni vizeken kívül egy igazi földi analógnak óceánok vagy tavak, valamint a víz vagy talaj által nem fedett területek keveréke szükséges .

Egyesek azzal érvelnek, hogy egy igazi Föld -analógnak nemcsak a bolygórendszerének hasonló helyzetével kell rendelkeznie, hanem a Nap -analóg körül is kell keringnie, és közel körkörös pályával kell rendelkeznie, hogy folyamatosan lakható maradjon, mint a Föld.

Extra Napos Föld analóg

A középszerűség elve azt sugallja, hogy van esély arra, hogy a véletlen események lehetővé tették egy Földhöz hasonló bolygó kialakulását máshol, ami lehetővé tenné a komplex, többsejtű élet kialakulását. Ezzel szemben a ritkaföldfém hipotézis azt állítja, hogy ha a legszigorúbb kritériumokat alkalmazzák, egy ilyen bolygó, ha létezik, olyan távol lehet, hogy az emberek soha nem találják meg.

Mivel a Naprendszer nem bizonyult földi analógnak, a keresés a Napon kívüli bolygókra is kiterjedt . Az asztrobiológusok azt állítják, hogy a földi analógok nagy valószínűséggel egy csillagos lakható övezetben találhatók , ahol folyékony víz létezhet, biztosítva az élet fenntartásának feltételeit. Egyes asztrobiológusok, például Dirk Schulze-Makuch becslése szerint egy kellően masszív természetes műhold a Földhöz hasonlóan lakható holdat alkothat .

Történelem

Becsült gyakoriság

A művész fogalma a Földhöz hasonló bolygókról

A Föld-szerű bolygók gyakorisága mind a Tejútrendszerben, mind a nagyobb univerzumban még mindig ismeretlen. Az extrém ritkaföldfém -hipotézis -becslések között - egy (azaz a Föld) - számtalanig terjed .

Számos jelenlegi tudományos tanulmány, köztük a Kepler -misszió célja a becslések finomítása az átmenő bolygók valódi adatai alapján. Michael Meyer, az Arizonai Egyetem csillagászának 2008-as tanulmánya a kozmikus porról a közelmúltban kialakult Napszerű csillagok közelében azt sugallja, hogy a napenergia-analógok 20-60% -a rendelkezik bizonyítékokkal a sziklás bolygók kialakulásáról , ellentétben azokkal a folyamatokkal, amelyek a Földről. Meyer csapata kozmikus por korongokat talált a csillagok körül, és ezt a sziklás bolygók kialakulásának melléktermékének tekinti.

2009-ben Alan Boss , a Carnegie Institution of Science feltételezték, hogy ott lehet a 100 milliárd földi bolygók Tejút galaxis egyedül.

2011-ben, a NASA sugárhajtómű-laboratóriumában (JPL) és a Kepler-misszió megfigyelései alapján, a Naphoz hasonló csillagok körülbelül 1,4–2,7% -a várható Föld-méretű bolygókkal a csillagok lakható övezetében . Ez azt jelenti, hogy csak a Tejút -galaxisban kétmilliárd lehet belőlük, és ha feltételezzük, hogy minden galaxis hasonló számmal rendelkezik, mint a Tejút, akkor a megfigyelhető univerzum 50 milliárd galaxisában akár száz kvintillió is lehet . Ez körülbelül 20 földi analógnak felelne meg a Föld négyzetcentiméterenként.

2013-ban a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ további Kepler-adatok statisztikai elemzését használva azt sugallta, hogy a Tejútrendszerben legalább 17 milliárd Föld méretű bolygó található. Ez azonban semmit nem mond a lakóövezethez viszonyított helyzetükről.

Egy 2019-es tanulmány megállapította, hogy a Föld méretű bolygók 6-ból 1 napsugárzású csillagot körözhetnek.

Terraformálás

A művész elképzelése egy terraformált Vénuszról , egy lehetséges Föld -analógról

A bolygó , a hold vagy más test terraformálása (szó szerint: „földalakítás”) az a hipotetikus folyamat, amelynek során szándékosan módosítják légkörét, hőmérsékletét , felszíni domborzatát vagy ökoszisztémáit, hogy azok hasonlóak legyenek a Földéhez , hogy lakhatóvá tegyék az emberek számára.

A közelség és méretbeli hasonlóság miatt a Marsot és kisebb mértékben a Vénuszt emlegették a terraformálás legvalószínűbb jelöltjeiként.

Hivatkozások