RW Space

Мы все знаем, что для существования жизни на планете необходимы три важнейших элемента: вода, тепло и еда. Теперь добавьте к этому фактор, называемый «энтропией». От этого зависит, сможет ли данная планета поддерживать и развивать сложную жизнь.

Ученый Луиджи Петракконе, химический исследователь из Неаполитанского университета в Италии, изучал планетарную энтропию. Его интересует, как ученые выбирают планеты, которые могут быть обитаемы. Он опубликовал статью, в которой исследуется так называемое «производство планетарной энтропии» (PEP). Вот как это работает.

Обитаемый мир нуждается в биосфере, в которой есть живое существо. Вся жизнь растет и расширяется, используя доступные водные, тепловые и пищевые ресурсы. Как оказалось, энтропия действует внутри мировой биосферы. И ему нужен относительно высокий PEP.

Это повышает вероятность наличия у него сложных живых систем и означает, что он станет хорошей целью для исследования. И, согласно статье Петракконе, не имеет значения, какова химическая основа этой жизни — углерод, кремний или какой-то другой элемент. Важно то, как жизнь становится все более сложной.

Что такое энтропия?

Прежде чем мы углубимся в статью Петракконе, давайте поговорим об энтропии. Словарное определение физики таково: «термодинамическая величина, представляющая недоступность тепловой энергии системы для преобразования в механическую работу».

Второй закон термодинамики требует, чтобы Вселенная двигалась в направлении, в котором энтропия увеличивается. .

Это кажется немного сложным, поэтому давайте подумаем об энтропии как о мере случайности или беспорядка в системе. У упорядоченной системы ровно столько энергии, чтобы делать то, что ей нужно.

Если она производит (или получает) больше энергии, это выражается в более высоком состоянии энтропии. Живые существа высокоупорядочены и требуют постоянного поступления энергии для поддержания состояния низкой энтропии.

Они производят отходы и побочные продукты и, конечно же, теряют энергию в процессе жизни. Чем больше энергии поступает в систему и впоследствии теряется этой системой в окружающую среду, тем менее упорядоченными и более случайными становятся вещи. По сути, тем выше становится состояние энтропии.

Энтропия в биологии вступает в игру, когда вы смотрите на системы, которые способствуют жизни на планете. Петракконе пишет:

«Масштаб производства энтропии пропорционален способности таких систем рассеивать свободную энергию и, таким образом, «жить», развиваться, усложняться. Обычно существует определенный порог энтропии. Производство энтропии должно быть превышено для возникновения сложных самоорганизующихся структур. Таким образом, производство энтропии можно рассматривать как термодинамический импульс, который стимулирует возникновение и эволюцию жизни».

Это подводит нас к «планетарному производству энтропии». » (PEP) значение, которое может помочь ученым нацелиться на планеты, вероятно, пригодные для жизни.

Наиболее пригодными для жизни будут те, где жизнь может генерировать наибольшую энтропию. Чем сложнее и динамичнее формы жизни, тем больше энтропии они производят и тем выше значение PEP они поддерживают. Петракконе предполагает, что разные планеты будут иметь больший или меньший энергетический потенциал, предсказывая, какие планеты, скорее всего, будут пригодны для жизни.

Применение планетарного производства энтропии к поиску жизни

Важно выяснить, где и возникает ли жизнь на планете. Во-первых, она должна находиться в пределах околозвездной обитаемой зоны (CHZ) своей звезды. Именно здесь вода может существовать на поверхности в жидком состоянии.

Имеет значение и то, в каком месте ЗЗ вращается планета. Если он окажется слишком близко к внутреннему краю, он может потерять всю имеющуюся у него воду из-за звездного нагрева (и безудержного парникового эффекта). Если он ближе к внешнему краю, то может оказаться не таким гостеприимным, как в центральной части ЧЗ. Кроме того, данная планета может находиться в идеальной части зоны, но иметь другие проблемы с поддержанием биосферы.

Почему бы не искать планеты по всей ЗЗ? Между внутренним и внешним краями ЗК существуют термодинамические различия. Внутренний край более выгоден для развития сложных биосфер.

И PEP, и доступная свободная энергия для планет земного типа увеличиваются с ростом звездной температуры. Имея эту информацию, Петракконе и его команда применили свои расчеты для оценки PEP и свободной энергии для выбранной выборки предлагаемых обитаемых планет.

Ученым также необходимо определить верхний предел мирового значения PEP и соответствующую свободную энергию, которую он получает в зависимости от температуры звезды и параметров планетарных орбит.

Петракконе пишет, например, что только земноподобные планеты в КЗЗ звезд G и F могут иметь значение PEP выше, чем значение Земли (Земля — это то, что мы используем для сравнения). Это означает, что на них, скорее всего, будет поддерживаться жизнь, в отличие от планет в других частях обитаемой зоны.

Зачем использовать PEP в качестве Обоснование обитаемости планет?

Интересно, что среди недавно предложенных обитаемых экзопланет так называемые «гиковские» миры кажутся термодинамически лучшими кандидатами. Это планеты с жидкими водными океанами и богатой водородом атмосферой. Наша планета является хорошим примером и может быть использована в качестве «дорожной карты» для оценки.

Ученые уже исследуют наилучшее сочетание суши и океанов для создания обитаемого мира, используя Землю как аналог. Он расположен близко к внутреннему краю CHZ Солнца, что позволяет ему иметь более высокое значение PEP.

Если мы предположим, что значение PEP Земли необходимо для жизни, то это позволит ученым-планетологам придумать «энтропийную обитаемую зону» (или ЭЗЗ). Он включает в себя расстояние от звезды, где на планете есть жидкая вода, плюс высокое значение PEP.

Примените эти критерии к планетам, и окажется, что миры вокруг звезд малой массы не будут развивать достаточно высокую EHZ. поддерживать жизнь. Не могли этого сделать и звезды М и К. Однако некоторая часть миров вокруг звезд F и G может приземлиться в счастливой «зоне» и продолжить развитие жизни.

Выбор возможных обитаемых планет

В наши дни мы видим все больше и больше открытий экзопланет вокруг близлежащих звезд. Исследовать их все в поисках жизни практически невозможно. Таким образом, ученым нужны некоторые полезные критерии для определения приоритетности целей для изучения.

Наряду с другими факторами производство энтропии, по-видимому, является хорошим индикатором того, может ли данный мир содержать жизнь — и насколько сложна эта жизнь. .

Интересно, что основным преимуществом использования PEP и присутствия в EHZ как способа оценки мира является то, что он не требует предположений о состоянии его атмосферы. Эти факторы также не подразумевают каких-либо выводов о химической основе живых систем в каком-либо конкретном мире.

Они просто дают ученым возможность оценить мир, просматривая тысячи экзопланет для дальнейшего изучения.

Эта статья была первоначально опубликована журналом Universe Today. Прочтите оригинал статьи.