Хабрахабр

Цивилизация Пружин, 5/5

Ещё раз повторюсь: мы ищем наиболее вероятный расклад. Да, почти на каждом повороте рассуждений уместен вопрос: «А можно ли наоборот?» И ответом обычно будет: «Да, можно. Но наиболее распространённым сегодня считается всё-таки именно первый вариант».

Если вообще принять, что основа тамошнего разума — жизнь, а основа жизни — химия, то эта химия гораздо лучше работает в жидком растворителе. Начнём с биохимии. Бесплатное перемешивание. Молекулы друг к другу близко. Поэтому нужна жидкость. А если растворитель «хороший», он ещё и «правильные» молекулы стабилизирует. Какие есть кандидаты?

Взглянём на химический состав Вселенной:


(По данным [990])

Правильно. В порядке распространённости, какое химическое соединение из этих элементов составляется первым? H2O. Вода. Следующее — метан CH4, вдвое реже. Делается из первого и третьего по встречаемости элемента. Да, разумеется, это «в среднем по больнице», индивидуальные планеты могут отличаться химсоставом. Затем аммиак NH3, но его в природе уже раз в 6 меньше, чем воды. Вселенная, в целом, довольно однородна по составу. Но, если не считать потери водорода, требуются довольно нетривиальные допущения, чтобы обосновать планету, где, скажем, азота будет больше, чем кислорода. Скорее удивительно, что иногда всё-таки попадаются места, где воды почти нет… И вода в ней — самое распространённое химическое соединение.

Это: высокая химическая стабильность; сильные водородные связи; наличествующая, но умеренная полярность, ведущая к способности растворять без разрушения огромное количество веществ и поддерживать кислотно-щелочные реакции; высокая теплоёмкость и теплота испарения, повышающие температурную стабильность водоёмов; прозрачность; и, наконец, тот факт, что водяной лёд легче жидкости, благодаря чему водоёмы зимой реже промерзают до дна. Помимо распространённости, вода обладает ещё рядом преимуществ по сравнению с первым десятком альтернативных кандидатов.

Поэтому наиболее вероятный растворитель «у них» — это вода.

Значит, средняя температура на поверхности планеты должна быть не ниже хотя бы так 250 Кельвинов. Слово «растворитель» подразумевает жидкое состояние. Она определяется устойчивостью углеродных соединений. А откуда берётся верхняя граница в 400 К? Из тех же соображений, что и с водой. Почему углеродных? Это могут делать и бор, и фосфор, и связка кремний-кислород, и даже ряд металлов: Да, не только углерод способен образовывать сложные полимеры, «перемежаемые» другими элементами.

Однако углерод бьёт их по частоте встречаемости в сотни и тысячи раз, оставляя «борной жизни» разве что совсем уж экзотические ниши.

Каково наиболее распространённое летучее соединение, не включающее водород? Раз уж мы здесь, поймём ещё вот что. Конечно, конкретное его содержание в той или иной атмосфере (как газа) или коре (в виде карбонатов) вот так просто назвать нельзя. Табличка подсказывает: это углекислый газ CO2. Хоть 0. Но крайне трудно вообразить планету с неводородной атмосферой и нормальной температурой, где углекислого газа (связанного или свободного) не было бы уж совсем. 01% должно найтись.

Ибо распространённость углекислого газа в природе накладывает верхнюю границу на плотность атмосферы. И это важно. Она начнёт выгонять связанный CO2 из коры и, таким образом, разогреваться с разгоном. Начиная с некоторой толщины атмосфера, где есть хоть чуток CO2, начнёт не просто перегреваться за счёт парникового эффекта. Трудно сказать, при каком точно давлении это происходит, да и зависит там всё от множества параметров. Примерно как на Венере. Но речь, скорее всего, идёт о сотнях атмосфер.

Но и не слишком тонкая. А значит, атмосфера планеты — не толстая, как у гиганта. 1 атмосферы, температурный диапазон существования воды в жидком виде резко сужается. Потому что, если давление существенно меньше 0.

А это значит, что планета обращается вокруг звезды на расстоянии, где естественное солнечное освещение поддерживает температуру примерно в те же 250-400 Кельвинов. При атмосфере же умеренной толщины температурный режим в значительной степени определяется солнечным освещением. В так называемой «обитаемой зоне»[948].

Следовательно, в области формирования планеты их будет мало, и они не станут преобладающими компонентами её состава. Но вода, метан, аммиак и прочие «льды» плохо конденсируются в вакууме при температурах в 250 К и выше. оксидов (и, возможно, карбидов) десятка самых распространённых элементов, перечисленных выше. Значит, «их» планета сформируется из более высококипящих веществ: металлов и «камней», т.е. Отсюда мы примерно знаем плотность её вещества.

Потому что иначе климат планеты с водой и CO2 в атмосфере сваливается в «ледяной шар» и/или марсоподобное состояние. Далее, обитаемая планета с химической эволюцией должна сохранять активную тектонику на протяжении миллиардов лет. А вот Земля и Венера — нет. Луна и Марс в Солнечной Системе тектонически давно уже (почти) мертвы. На глазок тысяч так 8 километров. Значит, нижняя граница диаметра планеты проходит где-то между Марсом и Венерой. Но это чуть менее вероятное решение. Да, избыточное количество радионуклидов может обеспечить разогрев и активность и куда меньшего тела. То есть, «в среднем по природе» проще обеспечить активность недр большей массой, нежели большей концентрацией радионуклидов. Потому что количество радиогенного тепла пропорционально первой степени массы планеты, а аккреционного и тепла дифференциации — квадрату. И да, конечно, планета, являющаяся спутником какого-нибудь гиганта, вполне может разогреваться приливными эффектами (как Ио), но экзолун мы пока толком не нашли, так что вряд ли и этот вариант типичен.

Выше какой-то массы начинается удержание (а то и захват) водорода и гелия, и на выходе получаем Нептун или даже Юпитер. Верхняя же граница размера определяется переходом к гигантизму. Так что просто примем верхний радиус за 2 наших, т.е. Оценки массы, при которой это случается, разнятся, я видел цифры от 2 до ~10 земных масс, но точная верхняя граница, как мы увидим, не так уж и важна. 13 тысяч километров.

Зная примерный химсостав («камни» с металлами) и размер, можно прикинуть плотность планеты с учётом сжатия. Ну и последнее. Будет где-то 4000-9000 кг/м3.

При копировании просьба ссылаться на исходник. Статья написана для сайта https://habr.com. B: 1KhPVPHw4XrxtuocDiBbh7KVSJ6nDTHtMq; E: 0x3d174b521004B08023E49C216e4fa2f67868210F; L: LZ3bFQHUxBAtpgxcNSfwv61LiwZVx3EGoo
Автор статьи Евгений Бобух.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть