უცხო პლანეტებზე სიცოცხლის არსებობის შესახებ თეორიული განსჯისათვის

 პლანეტაზე სიცოცხლის ჩასახვა და განვითარება უამრავ ფაქტორს უკავშირდება, თუმცა ისინი ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე დაზუსტებული. დედამიწის მსგავსი სიცოცხლის წარმოშობის ერთ-ერთ უმთავრეს ფაქტორად დღემდე ითვლება პლანეტაზე თხევადი წყლის არსებობა. ამ ბოლო დროს ბევრი ისეთი ეგზოპლანეტაა აღმოჩენილი, რომელთა ატმოსფეროების სპექტრში შემჩნეულია წყალიც, თუმცა წყლის თხევად მდგომარეობაში არსებობას, უპირველეს ყოვლისა, ზედაპირული ტემპერატურები განსაზღვრავს. მაინც, როგორ განისაზღვრება  ექსტრასოლარულ პლანეტებზე არსებული გარემო პირობები?

 1992 წელს ალექსანდრე ვოლჟსლანმა მზის სისტემის გარეთ პირველი პლანეტა აღმოაჩინა. მას შემდეგ 10000-ზე მეტი ექსტრასოლარული პლანეტა იქნა აღმოჩენილი.

1. ვარსკვლავის ეკოსფერო და მისი საზღვრები

 ტერმინი “ეკოსფერო” შემოიღო პოლონელმა ასტრონომმა იან გადომსკიმ. ეს არის სივრცე ვარსკვლავის გარშემო, რომლის საზღვრებშიც გამუდმებით მბრუნავი, შავი სხეულის პლანეტა იღებს შესაფერისი რაოდენობის ენერგიას მასზე სიცოცხლის არსებობის ხელშეწყობისათვის. გადომსკის მიერ განსაზღვრული ტემპერატურული ზღვარი -70°C (T_min=203 °K) +80°C (T_max=353 °K) ფარგლებშია. ცნობილია, რომ ცოცხალ ორგანიზმებს შეუძლიათ ბევრად უფრო ექსტრემალურ გარემოში იცხოვრონ, როგორიცაა მაგ: მდუღარე წყალი და გეიზერები, მჟავები, ზღვებისა და ოკეანეების ფსკერზე არსებული უზარმაზარი წნევა და სხვა. რაც შეეხება ფოტოსინთეზის წარმოებას, მიღებულია, რომ ზედაპირის განათებულობა, სულ მცირე, 20 lx (ლუქსი) უნდა იყოს.

 ეკოსფერო ანუ ვარსკვლავის გარშემო არსებული დასახლებულობის ზონა – არის წარმოდგენითი სფერული სივრცე, რომლის ცენტრშიც იმყოფება ვარსკვლავი. ეკოსფეროს გარეთ პლანეტის სრბოლვა ხელს არ უწყობს მასზე სიცოცხლის არსებობას (მაგრამ არც გამორიცხავს!). ზედაპირის ტემპერატურა შეიძლება წლების განმავლობაში იყოს ზემოაღნიშნულ ლიმიტზე დაბალი და იმდენად მაღალიც, რომ სათბურის ეფექტს ჰქონდეს ადგილი.

 გამოთვლების გამარტივების მიზნით ჩავთვალოთ, რომ როგორც ვარსკვლავი, ასევე პლანეტაც შავი სხეულებია. სტეფან-ბოლცმანის კანონის მიხედვით, ვარსკვლავი წამში გამოასხივებს: ენერგიას, სადაც R_* არის ვარსკვლავის რადიუსი და T_* არის ეფექტური ტემპერატურა. თუ პლანეტა ვარსკვლავიდან R მანძილზე იმყოფება, მაშინ ის მიიღებს:  ენერგიას, სადაც r პლანეტის რადიუსია. ამავე დროს, პლანეტა უკან გამოსხივებს გარკვეული რაოდენობით ენერგიას, კერძოდ:  სადაც T არის პლანეტის ზედაპირული ტემპერატურა. თერმოდინამიკური წონასწორობის დამყარებისათვის  ε₁ და ε₂ უნდა ჰქონდეს გარკვეული მნიშვნელობები, კერძოდ:

(1)

 

ამგვარად,

 (2)

 ამ (2) განტოლებით მოცემული ტემპერატურა არ ნიშნავს, რომ ის უნივერსალურია პლანეტის ყველა წერტილისათვის. მისი მთავარი დანიშნულებაა მოგვცეს პლანეტის ტემპერატურის საშუალო მნიშვნელობა ვარსკვლავიდან R მანძილით დაშორებისას. როგორც (2) განტოლება გვიჩვენებს, ტემპერატურა პლანეტის რადიუსზე არ არის დამოკიდებული. შემდგომში ეს (2) განტოლება გამოყენებული იქნება პლანეტების ტემპერატურების გამოსაკვლევად ექსტრემალურ ორბიტულ პოზიციებზე.

 გარდა ამისა, ჩვენ გვესაჭიროება ზედაპირის განათებულობის გამოსათვლელი ფორმულა. ვარსკვლავის m₁ აბსოლუტური სიდიდე პლანეტის ზედაპირის I განათებულობასთან შემდეგი სახითაა დაკავშირებული:

(3)

 ჩავსვათ (3) ფორმულა პოგსონის კანონში და მივიღებთ I-ს გამოსათვლელ საჭირო ფორმულას:

(4)

 სადაც m არის ვარსკვლავის ის აბსოლუტური სიკაშკაშე, რომელსაც დედამიწიდან შევნიშნავდით. შესაბამისად, d და d₁ არის მანძილები პლანეტასა და ვარსკვლავს შორის.

2. ეკოსფერული სხეულების ორბიტები

 პლანეტა ცენტრალური ვარსკვლავის გარშემო ელიპსურ ორბიტაზე გარემოიქცევა, ამიტომ იგი ყველაზე მეტად ხურდება პერიასტრზე a(1-e) მანძილზე და ყველაზე უფრო ცივია აპოასტრზე, სადაც ვარსკვლავი და პლანეტას შორის მანძილია a(1+e). შემოვიტანოთ (2) განტოლების მნიშვნელობები e ექსცენტრისიტეტსა და a დიდი ნახევარღერძისათვის. აქედან, ყველა ეკოსფერული სხეული უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ სისტემას:

(5)

და, ამგვარად:

(6)

 რაც უფრო დიდია ექსცენტრისიტეტი, მით უფრო დიდია განსხვავება პლანეტის მინიმალურ და მაქსიმალურ ტემპერატურებს შორის. არსებობს ექსცენტრისიტეტის ისეთი e_max მნიშვნელობა, რომლის ზემოთ ორბიტა პერიოდულად ან პერმანენტულად ეკოსფეროს საზღვრების გარეთ აღმოჩნდება. ეს ის მნიშვნელობაა, როდესაც აპოასტრზე ტემპერატურა არის T_min ანუ მინიმალურია, ხოლო პერიასტრზე არის T_max. შესაბამისად, e_max უნდა იყოს ამონახსენი შემდეგი ტოლობისათვის:

(7)

და ბოლოს:

(8)

 ეს (8) შეიძლება გამოვიყენოთ ნებისმიერი ტემპერატურული საზღვრებისათვის, თუმცა თუკი გადომსკის მიერ განსაზღვრულ ლიმიტებს ავიღებთ, მაშინ გვექნება:

(9)

3. პლანეტური ორბიტების ანალიზი

 ექსტრასოლარული პლანეტებისა და მათი ცენტრალური ვარსკვლავების მახასიათებლების საწყისი მნიშვნელობები მოცემულია სტატიის ბოლოს, ცხრილებში. ეს მნიშვნელობები აღებულია ინტერნეტის გვერდიდან obsm.fr/encyl/catalog.html 2002 წლის 30 სექტემბრისათვის. შედარებისათვის ჩართულია მზის სისტემის პლანეტებიც, რომელთა მონაცემები შეიძლება ავიღოთ როგორც ინტერნეტში, ასევე ნებისმიერი ასტროფიზიკური ტაბულიდან.

 აქედან, 2-5 სვეტები ცენტრალური ვარსკვლავის მონაცემებს ასახავს, ხოლო 6-8 სვეტები პლანეტური ორბიტების პარამეტრებია.

 თითოეული ვარსკვლავის ეფექტური ტემპერატურა შეიძლება განისაზღვროს ცხრილის მიხედვით, რომელიც გვიჩვენებს მოცემული სპექტრული ტიპის ჯუჯა ვარსკვლავების ტიპიურ ეფექტურ ტემპერატურებს. შემდეგ გამოითვლება ვარსკვლავების რადიუსები, რაც განტოლებათა სისტემის მეშვეობით ხდება:

(10)

 სადაც L არის ნათობა, M – აბსოლუტური სიდიდე, m – ხილული სიდიდე, R – რადიუსი და T – ეფექტური ტემპერატურა. * – ვარსკვლავის აღნიშვნა, ⊗ – მზის ნიშანი d – ვარსკვლავის დაშორება მზიდან d₁₀=10pc, ხოლო a_E არის დედამიწის ორბიტის დიდი ნახევარღერძი. (10)-ის ამოხსნა არის:

(11)

 გამოთვლების შედეგები: ცხრილში მწვანე ფერით აღნიშნულია პლანეტები, რომლებიც არ ტოვებენ ეკოსფეროს საზღვრებს. დანარჩენი – ეს არის პლანეტები, რომლებიც დროდადრო გასცდებიან ვარსკვლავის ეკოსფეროს. მე-3 და მე-4 სვეტებში მოცემულია ტემპერატურები აპოასტრსა და პერიასტრში.

 მე-6 სვეტში ნაჩვენები პარამეტრი არის საშუალო დღიური ტემპერატურული გრადიენტი, რაც განისაზღვრება საშუალო ტემპერატურის შეფარდებით ორბიტული პერიოდის ნახევარღერძთან. რა თქმა უნდა, ეკოსფეროს არსებობა თუ არარსებობა ამ რიცხვზე არ არის დამოკიდებული, მაგრამ მოსალოდნელია, რომ სიცოცხლის განვითარების ალბათობა ამ რიცხვის ფუნქცია უნდა იყოს. აღვნიშნოთ, რომ სიცოცხლის ჩასახვა და განვითარება უფრო იოლად მოხდება სტაბილური კლიმატის მქონე პლანეტებზე, ვიდრე სწრაფად და მკვეთრად ცვალებადი ტემპერატურების მქონე პლანეტებზე.

 ბოლო ორი სვეტი გვიჩვენებს ზედაპირის განათებულობებს ექსტრემალურ ორბიტულ პოზიციებზე.

4. დასკვნა

 მზის ეკოსფეროში მოქცეულია სამი პლანეტა: ვენერა, დედამიწა და მარსი და ასევე 29 ასტეროიდი. მაგრამ სინამდვილეში დედამიწა ერთად-ერთია, სადაც ნამდვილად არსებობს სიცოცხლე. ვენერაზე სიცოცხლის განვითარებას (მაგრამ არა ჩასახვას!) ხელს უშლის მისი ძალზე ნელი ბრუნვა ღერძის გარშემო და ატმოსფეროს თავისებურებები. ამ ბოლო დროს არის რაღაც ხმები მარსზე სიცოცხლის არსებობის შესახებ, თუმცა მეცნიერებს ეს ჯერ არ დაუდასტურებიათ. ასტეროიდებზე სიცოცხლე არ არის. ყოველივე ეს მიგვანიშნებს, რომ ეკოსფეროს შიგნით არსებობა არ შეიძლება იყოს პლანეტაზე სიცოცხლის არსებობის ერთად-ერთი კრიტერიუმი.

 დედამიწაზე პირველი ცოცხალი ორგანიზმები 3,5 მილიარდი წლის წინათ გამოჩნდნენ, ანუ სულ მალე მას შემდეგ, რაც პლანეტის ზედაპირი გაცივდა და მოხდა ქერქის ჩამოყალიბება. რაც შეეხება ჩვენს ტექნოლოგიურად განვითარებულ ცივილიზაციას, ის სულ რაღაც 150 წლისაა. ეს თვალნათლივ გვიჩვენებს, რომ პრიმიტიული სიცოცხლე კოსმოსში იშვიათობას არ უნდა წარმოადგენდეს, სამაგიეროდ, სხვა ცივილიზაციების არსებობა (რაც არ უნდა სამწუხარო იყოს) ძალზე მცირედ ალბათურია.

 ცხრილი 1. პლანეტების სია, რომლებზედაც სავსებით შესაძლებელია დედამიწისმაგვარი სიცოცხლის არსებობა

 ცხრილი 2. პლანეტების სია, რომლებზედაც დედამიწისმაგვარი სიცოცხლის არსებობა არ არის გამორიცხული