Особый взгляд на парадокс Ферми. Часть 10
Количество обитаемых планет. Завершение некоторыми мыслями на счёт океанов
— Часть 1 — Часть 2 — Часть 3 — Часть 4 — Часть 5 — Часть 6 — Часть 7 — Часть 8 — Часть 9 —
Ещё один фактор обитаемости планет, упомянутый в части 6 — наличие жидкой воды на поверхности. На эту тему будут лишь некоторые рассуждения, ибо известных нынче фактов определённо недостаточно для каких-то конкретных выводов. Разумеется, в этой части речь по-прежнему идёт только об известных углеродных формах жизни. Фактор температуры и атмосферного давления подразумевался в предыдущих частях, поэтому будет рассматриваться только фактор распространённости воды на поверхности планет. В этой связи имеет смысл рассматривать:
- вероятность наличия воды на поверхности планет;
- вероятность наличия значительного количества веществ, реагирующих с водой;
- вероятность наличия тех или иных примесей, как растворимых, так и нерастворимых.
Кроме этого имеет смысл обратить внимание на наличие тех или иных веществ на поверхности по сравнению с недрами и атмосферой. Например, поскольку взаимодействие с недрами может происходить с очень разной скоростью, возможны внезапные изменения состава океанов. В случае атмосферы решающее значение имеет плотность последней, т. е. соотношение общей массы атмосферы и гидросферы.
Вода определённо является одним из самых распространённых веществ во вселенной, ибо состоит из наиболее распространённых элементов, легко образующих соединение в результате экзотермической реакции. Но в первую очередь следует обратить внимание на распределение элементов и веществ на планетах в зависимости от инсоляции последних. Очевидно, что водород в процессе формирования планетной системы при отсутствии существенных дополнительных воздействий окажется преимущественно в области достаточно низкой инсоляции. Но в то ж время общая доля водорода во вселенной очень велика, а его массовая доля в составе воды лишь 20%.
В настоящее время нет подробных данных о составе планет какой-либо из планетных систем, кроме солнечной, что не даёт возможности определить типичный состав планет на основе фактов. При этом существующая модель формирования солнечной системы часто весьма неоднозначно соотносится со многими фактами об экзопланетах, что не даёт возможности определять типичный состав экзопланет на основе теоретических выкладок. При этом даже происхождение воды на нашей планете не является однозначным в вопросе соотношения первоначального количества воды в протопланетном диске и принесённой кометами воды из пояса Койпера. Причём последний источник напрямую связан с ранними изменениями орбит планет-гигантов, и при этом известные данные об экзопланетах больше говорят в пользу разнообразных вариантов смещений орбит планет в процессе формирования планетных систем, о чём подробнее в следующих частях. Если учесть вероятный вариант формирования луны в результате столкновения планет, то становится неоднозначным вопрос о типичности для нашей планеты доли воды из протопланетного диска. Поэтому оценки возможного количества воды на поверхности достаточно массивных каменистых планет с земным уровнем инсоляции могут меняться в очень широком диапазоне. Соответственно этот фактор не будет рассматриваться напрямую в оценке количества обитаемых планет, будут в следующих частях рассмотрены лишь некоторые косвенные факторы, а также будет использоваться приближённая вероятностная оценка.
Также следует учитывать, что некоторые элементы могут кам сами по себе, так и в составе других соединений, вступать в реакцию с водой, образуя новые вещества. Имеет смысл рассмотреть как сами возможные производные вещества, так и вероятное их количество. Имеет смысл учитывать как распространённость элементов во вселенной, так и вероятность наличия их на поверхности. Второй показатель зависит преимущественно от атомной массы, т. е. наиболее тяжёлые элементы будут в большем количестве оседать в недрах. Исключая составляющие воды и инертные элементы, имеет смысл рассматривать: углерод, азот, натрий, магний, алюминий, кремний, серу и кальций. В случае углеродных форм жизни углерод и азот скорее всего будут, как и на нашей планете, задействованы в биосфере, либо будут участвовать в возникновении последней. Алюминий, кремний и кальций с высокой вероятностью не образуют соединений, активно взаимодействующих с водой, и, скорее всего, будут, как и на нашей планете, встречаться преимущественно в литосфере.
Особого внимания заслуживают сера и натрий. Если оба элемента будут представлены в соответствующей пропорции, то они образуют слаборастворимый сульфид натрия, либо сульфат. Но явное преобладание одного из них способно сильно влиять на водородный показатель океанов, крайними вариантами которого будут концентрированные натриевая щёлочь или серная кислота. Второй вариант, пусть и не в виде океанов, встречается в солнечной системе, что как минимум говорит о значимой вероятности подобного варианта. При этом сера может связываться в слабо взаимодействующем с водой сероводороде, а натрий в виде ряда других солей — нитритов и нитратов, карбонатов, хлоридов, фосфатов, силикатов, имеющих разную растворимость в воде. Магний в этом плане во многом схож с натрием, но меньше влияет на водородный показатель. Некоторые приблизительные оценки вероятности тех или иных процессов, влияющих на состав и водородный показатель океанов, будут рассмотрены в следующих частях, а сейчас главным выводом является возможность разного водородного показателя, как дополнительного фактора, влияющего на обитаемость планеты. Но и по этому вопросу фактов в настоящее время очень мало и нет никаких достоверных данных об океанах экзопланет.
Следует заодно упомянуть о возможной саморегулируемости водородного показателя. Ибо в отличие от облаков в верхних слоях атмосферы серная кислота, будучи в большом количестве в океанах, будет взаимодействовать с горными породами. Многие соединения натрия, магния, кальция и алюминия в этом случае будут реагировать с серной кислотой, но при достаточном количестве последней образование сульфатного слоя достаточной толщины будет приостанавливать этот процесс, и лишь тектоническое воздействие будет временами его возобновлять. Подобная ситуация может возникнуть и в результате воздействия коротковолнового электромагнитного излучения на смесь сероводорода и водяного пара, в результате чего водород может улетучиваться, а оставшиеся элементы образовывать серную кислоту. Разумеется, поскольку сероводород — относительно тяжёлый газ, скорее всего он будет скапливаться в приповерхностных слоях, так что подобный процесс возможен в случае слабой способности атмосферы поглощать коротковолновое излучение.
В случае, напротив, щелочного состава океанов, нейтрализовать их могут многие атмосферные газы: окись азота, углекислый газ, сероводород, аммиак. С этой точки зрения щелочной состав океанов выглядит менее вероятным, да и известных хоть немного схожих явлений не известно. Ибо взаимодействие с атмосферой вряд ли может приостанавливаться, а образующиеся нитриты, нитраты, сульфиды, карбонаты будет либо, растворяясь в океане, перемешиваться, либо вовсе оседать на дно. Но если в итоге в атмосфере останутся лишь гораздо слабее взаимодействующие со щелочной средой азот или метан, то щелочной состав океанов теоретически может быть стабильным.
Непосредственно следующая часть будет посвящена уточнению, связанному с эволюцией вселенной.
