Жизнепригодные планеты с экзотическими условиями

[AlexAV]

Потому что отреагировались. А раньше были. Метеориты железоникелевые до сих пор падают.

В присутствии жидкой воды свободное железо долго (по геологическим меркам) существовать не может. Оно реагирует с водой (хотя при комнатной температуре и весьма медленно):

Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2

К никелю это тоже относится (хотя там процесс идёт совсем вяло, настолько, что в технике его можно практически не учитывать, но тем не менее термодинамически он разрешён). А других свободных металлов в большом колличестве даже в астероидах нет.

Кроме того железо с водородом не реагирует, оно только способно растворять его (при этом массовая доля водорода в таком насыщенном растворе будет весьма невелика).

Земная атмосфера выдаст там 5-10 атмосфер при той "толщине" или массе столба  с равным сечением.

Где там? На суперземле массой 2-3 массы земли она даст при той же толщине столба 1,6 - 2 атмосферы. Давление определяется только массой столба и ускорением свободного падения на поверхности (если толщина атмосферы мала по сравнению с радиусом планеты, но только такой случай нас и интересует).

Есть вероятность что начиная с определенного размера, мы получим планеты с пожизненно мощной атмосферой в 100-1000 атм

Безусловно. Начиная с какой-то массы планета превратится из суперземли в нептун. Этот предел скорее всего лежит в области около 8 масс земли. Вот только этот случай нас совершенно не интересует.

А между планетой не способной удерживать водород в атмосфере вообще и нептуном неизбежно будут существовать промежуточные варианты, где планета уже может удерживать водород, но в нептун не превращается. Т.е. будет иметь водородную атмосферу в несколько единиц или десятков бар. Собственно только этот случай нам и интересен.

Кстати скорее всего этот водород будет не первичный из протопланетного облака, а вторичный, скорее всего образующийся при реакции железа первичной коры с водой.

Т.е. механизм формирования каменистый планеты с водородной атмосферой представляется следующий.

На первом этапе при формирование тела первичная водородно-гелиевая атмосфера полностью разрушается за счёт высокой активности звезды на стадии тау Тельца. А уже в последующем атмосфера снова формируется за счёт дегазации недр. Отличие от земли в том, что у земли водород, выделяющийся при такой дегазации рассеивался в космосе (земля, особенно при активности солнца характерной для катархея, не могла удерживать водород), а здесь за счёт несколько большей масс (или удалённости от звезды) этот вторичный водород (в основном продукт взаимодействия железа первичной коры и воды) будет в атмосфере сохраняться. Как-то так.

[Dem]

то есть там они должны будут брать восстановленные формы - как метан, окислять их немного и снова восстанавливать до метана.

Скорей будет цикл спирт-карбокислота, предельные варианты менее удобны для хранения.
Ловить же метан из атмосферы при наличии в ней водорода - сомнительно. По крайней мере как базовый цикл.

[Vavanzer]

А между планетой не способной удерживать водород в атмосфере вообще и нептуном неизбежно будут существовать промежуточные варианты, где планета уже может удерживать водород, но в нептун не превращается. Т.е. будет иметь водородную атмосферу в несколько единиц или десятков бар. Собственно только этот случай нам и интересен.

Возможно даже 2-3 типа суперземель, в зависимости от отдаленности от звезды.

Про 5-10 атмосфер, мы вродь про планету массой порядка 10 масс земли обсуждение начинали...

У 2-3 масс все в норме, а с водородом - наверно только в поясе Марса "работать" будет такая планета, если не дальше...

[Инопланетянин]

Атмосфера Титана состоит преимущественно из азота с небольшой примесью метана, а речь об атмосфере с преобладанием свободного водорода в форме H2, а такую атмосферу Титан удержать принципиально не способен.

Понятно, а то мне говорят:

Не забываем что расчитываем для обитаемой зоны, и что это будет "камешек", а не газовый гигант на задворках системы, где даже Луна имела бы атмосферу)))

У 2-3 масс все в норме, а с водородом - наверно только в поясе Марса "работать" будет такая планета, если не дальше...

Ближе и не надо - венерируется. А нам надо около +30С.

[Константин ВАРБ]

А с силикатами водород не только не реагирует, но даже практически не растворяется в них.
 

и гидрогенизирует её.

Нет, не гидрогенизирует. Это просто термодинамически невозможно,

Да я ж не утверждаю что водород разъест силикатную планету до силанов (это действительно невозможно) а будет вымывать соответствующие фракции (ночью дам ссыль о чём я... (времени счас нет ))

[Rattus]

наша жизнь основана на одиночных связях

Это где каждое азотистое основание - ароматический гетероцикл?

а где надо усилить (как пептидная связь) - полуторные

Если и пептидную связь считать не одинарной, то как-то не очень выходит, что "жизнь основана на одиночных связях", когда около половины этих связей в скелете обоих биополимеров - никак не одинарные.

а локально - двойные и тройные. это и придаст устойчивость к температуре.

Хм. Насколько Мы помню, этилен и ацетилен окисляется/разлагается при куда меньших температурах, чем этан.
Вы, часом, не путаете кратные связи между атомами углерода в органике со связями в молекуле азота? У углерода все кратные связи - пи. А это кагбе не самый стабильный тип связи и к основной сигме прочности не добавляющий особо.

распространённости... где? откуда знать про неё на такой планете? а то, что кислород - третий элемент Вселенной, так то мало о чём говорит применительно к планете

Это на самом деле ещё более сужает число возможных вариантов, вводя дополнительные факторы сепарации. Что мы и наблюдаем на планетах нашей системы: они достаточно разнообразны и в большинстве своём - даже представлены в двух вариантах, но реально сколь-нибудь значимая атмосфера у каменных тел почему-то получается только из азота и углекислоты либо кислорода либо метана. Опционально - соединения серы. Что с распространенностью элементов по вселенной вполне замечательно согласуется.

водорода вон вообще - через край, а у нас тут - кот наплакал.

Это 1%-то и девятое место в коре - "кот наплакал"? И это по массе. А по молярному соотношению - вообще 17,43% и второе после кислорода.

это потому что есть рибосомная машинерия

А там, где нужны серьёзные перепады условий - вообще не возникает никакой молекулярной машинерии.

[Nucleosome]

Мы помню, этилен и ацетилен окисляется/разлагается при куда меньших температурах, чем этан.

там связи не сопряжённые.

Это где каждое азотистое основание - ароматический гетероцикл?

соединены-то они с другими одиночными связями

А это кагбе не самый стабильный тип связи и к основной сигме прочности не добавляющий особо.

тем не менее они короче, а графит и полиэтилен "кагбе" немного отличаются друг от друга. а уж графен...

Это 1%-то и девятое место в коре - "кот наплакал"?

ну вообще-то против 70% окружающей Вселенной - само собой. не на Нептуне живём

А там, где нужны серьёзные перепады условий - вообще не возникает никакой молекулярной машинерии.

как же тогда существуют азотофиксирующие бактерии?

[AlexAV]

Хорошо. Осталось рассчитать массу для удержания водорода. Видимо, меньше любого газового гиганта, но больше Земли в несколько раз. Сверхземли 7-9 м. земли хватит?

Требуемая масса очень сильно зависит от расстояния до звезды.

Вот диаграмма потерь водорода из водородной атмосферы за 4,5 млрд. лет у звезды типа солнца:



Цифра на изолиниях - потери водорода в барах.

При расстояниях более 5 а.е. планета массой с землю потеряет менее 1 бара водородной атмосферы. С учётом, что здесь для жизнепригодности давление должно превышать (на расстояние 5  а.е.)  6 бар, то такие потери менее 20% от первоначальной массы можно считать уже вполне приемлемыми. На больших расстояниях картина становится ещё лучше.

Т.е. в диапазоне расстояний 5-15 а.е. пригодной планете с водородной атмосферой достаточно иметь массу более 1 массы земли.

В диапазоне 3.5-5 а.е. этот нижний предел можно оценить как 2 массы земли. В области 3-3,5 а.е. - 3 массы земли. При ещё меньших расстояниях минимальная масса начинает катастрофически расти. Учитывая, что при массе планеты 4-5 масс земли возможность существования чисто водородной атмосферы с давлением всего несколько бар — сомнительно (скорее всего уже будет сильно больше, что здесь тоже уже не хорошо), то ближе этого предела где-то в 3 а.е. такая каменистая планета с водородной атмосферой и жизнепригодными условиями скорее всего существовать не может.

Соответственно можно оценить, что скорее всего планета рассматриваемого типа будет иметь массу от 1-3 массы земли и находиться на расстояние в диапазоне от 3 до 15 а.е. от звезды типа солнца.

[Константин ВАРБ]

Чё-то мне мниться что для Земли 1 водородная атмосфера это значит в 15 раз шире, а при 1,5-2МПа в 60  Это утроит земной радиус.
Или не так?

[Константин ВАРБ]

(ночью дам ссыль о чём я... (времени счас нет ))

Далеко где-то лежит хорошая и простая разблюдовка по гидридом в зависимости от образуемых связей (постил на неё ссыль пару лет назад).
Но суть в том что через переходные металлы и комплексные соединения с ними и образуемыми ими комплексы большинство ковалентных соединений водорода  будут обладать "текучестью" из коры планеты.
Как-то так выходит из свойств водорода. Опять же есть каталики есть ингибиторы его проницаемости (то есть эффекты минералообразования в коре должны быть крайне интересные). Жаль что мининептуна у нас в СС нет.
Вот бы что дало бы сейчас технологические и материаловедческие прорывы.

[Rattus]

там связи не сопряжённые.

Так это другое дело. Так и надо сразу бы.

соединены-то они с другими одиночными связями

Это другая половина.

а графит и полиэтилен "кагбе" немного отличаются друг от друга.

Ну Вы сравнили пучок ниток и ткань (линейный и 2D полимер).

ну вообще-то против 70% окружающей Вселенной - само собой.

74. Разница меньше чем в два порядка - это ни о чём. Вы питательные среды же знаете для бактерий? Вспомните: какую массовую долю составляет питательный компонент в средах, считающихся очень даже богатыми - типа LB. 1-2% всего! Ещё например такое же объёмное содержание простого углекислого газа в воздухе уже считается токсичным для человеков. Так что 1% для биохимии - это очень даже немало.

как же тогда существуют азотофиксирующие бактерии?

С большим трудом. Нитрогеназу вообще можно считать вершиной ферментостроения. Если бы тут не было такого изобилия свободной энергии - жизни бы наступил карачун как только бы закончились запасы фиксированного азота - т.е. в первый же миллиард лет.

[Nucleosome]

Ну Вы сравнили пучок ниток и ткань (линейный и 2D полимер).

вообще хотел не то написать... потом искал, так и не смог вспомнить как называется то, где углерод связан двойными коммулятивными связями (или тройная-одинарная), из этого вроде бронежилеты делают, а из полиэтилена не получится...

Разница меньше чем в два порядка - это ни о чём.

однако - из абсолютно доминирующего в минорный компонент - ни о чём?.. кстати есть и другой пример - кремния почти в десять раз меньше углерода, тем не менее у нас тут разница в его содержании на три порядка в другую сторону. кстати только сейчас подумал - а куда делся углерод? почему он нам не сделал что-то вроде графитовой коры и алмазной мантии?.. ну кремний-то понятно - он всплыл, не поглощаясь ядром и видимо нижней мантией. но с углеродом-то по идее должно произойти что-то похожее. в общем как бы то ни было, но состав коры планет может варьировать в очень широких пределах.

Если бы тут не было такого изобилия свободной энергии - жизни бы наступил карачун как только бы закончились запасы фиксированного азота - т.е. в первый же миллиард лет.

она стала бы просто менее активной - поскольку отсеились бы формы не имеющие доступа к азоту, то есть активнее других тратящие энергию на обмен. если даже половину всей энергии надо было бы тратить на добычу азота она бы тратилась - потому что без него никак. ну если бы вся (то есть невосполнимые потели белка при фотосинтезе и иже с ним не покрывали бы даже затрат на фиксацию того азота который им необходим), то да, но тут поток энергии должен быть совсем дохлым, правда у нас по условию он такой и есть, а азот он нейтральный и ему всё равно окисилительная или восстановительная атмосферы. правда, поскольку существуют и очень низко продуктивные сообщества - как арктические или глубоких пустынь, которые вряд ли получают азот в посылках из более обильных мест, затраты на него в общем баллансе биосферы очень малы... да и его невосполнимые потери можно свести к минимуму.

Ловить же метан из атмосферы при наличии в ней водорода - сомнительно.

почему? ну вообще может быть и спирт

[Rattus]

из этого вроде бронежилеты делают

Это называется ароматический полиамид. А полиамиды - это то, что биологи кличут... полипептидами!
При этом по механической прочности они уступают фиброину - белку паутины и шелка. А по термостойкости - на уровне силиконов.
Но как и прочие полипептиды - чувствительны к УФ-лучам. Химически их разобрать, полагаю, тоже несложно.
Не могу себе представить класс полимеров, дающий разнообразие структур и уровень свойств, подобный полиамидам.

кстати только сейчас подумал - а куда делся углерод?

Углерод в космосе - это главным образом CO. Его сдуло вместе с гидридами за снеговую линию.

в общем как бы то ни было, но состав коры планет может варьировать в очень широких пределах.

На четырёх примерах от Меркурия до Марса - не сказал бы, что прям уж таких широких.

она стала бы просто менее активной

Да - ужалась бы в разы. А может быть и на порядки. И было бы её как сейчас анаэробов. А может даже и меньше.

[библиограф]

не смог вспомнить как называется то, где углерод связан двойными коммулятивными связями (или тройная-одинарная), из этого вроде бронежилеты делают, а из полиэтилена не получится...

Карбин эта штука называется; пока из него ничего не делают, но только пробуют...

Это называется ароматический полиамид. А полиамиды - это то, что биологи кличут... полипептидами!

Это всем известный кевлар, или по другому, пара-арамидное волокно (полипарафенилен-терефталамид), к карбинам он не имеет никакого отношения!

[Nucleosome]

Карбин эта штука называется

а-а-а! ну наконец-то! спасибо! всё вот пробовал разные сочетания с карбо, но до "н" не добрался.

пока из него ничего не делают, но только пробуют...

да, обидно что ничего пока... давно про него читал, ещё в школе вроде

На четырёх примерах от Меркурия до Марса - не сказал бы, что прям уж таких широких.

так они слишком блики друг ко другу. щироких - прежде всего по отношению к составу Вселенной. состав которой в наши дни вообще-то скучный - водород и гелий и прочие примеси...

[Rattus]

да, обидно что ничего пока...

"Вечно перспективный материал." Где-то Мы это уже слышал.
И чем дольше он будет "перспективным" - тем туманнее светлое нанотехнологическое будущее.

Тогда как фиброину - десятки, а то и сотни миллионов лет - и ничего круче так и не придумано.

[AlexAV]

жизни бы наступил карачун как только бы закончились запасы фиксированного азота - т.е. в первый же миллиард лет.
Редактировать сообщение

В атмосфере земли азот связывается и абиогенным путём (через явления атмосферного электричества), причём в весьма значимых объёмах.

ну если бы вся (то есть невосполнимые потели белка при фотосинтезе и иже с ним не покрывали бы даже затрат на фиксацию того азота который им необходим), то да, но тут поток энергии должен быть совсем дохлым

Вроде даже Desulforudis audaxviator незначительного притока энергии получаемой ей из продуктов радиолиза, даваемых природным ураном в горных породах, для азотофиксации хватает, а более дохлого потока энергии и представить трудно.

правда у нас по условию он такой и есть

Если речь о водородной планете, то здесь есть интересный момент. Реакция

N2 + 3H2 = 2NH3 энергетически выгодна, т.е. сама теоретически может быть источником энергии для жизнедеятельности. Учитывая, что её удаётся осуществить в присутствии некоторых металлоорганических катализаторов при комнатной температуре и нормальном давление (на практике это не используется из-за дороговизны и нестабильности этой металлоорганики), а также определённую родственность между ферментами и металлоорганическими катализаторами (по сути часто активный центр таким металлоорганическим комплексом-катализатором и является, причём активным даже без пептидной цепи, а пептидная цепь только стабилизирует его), то возможность появления организмов использующих её для питания в соответствующих условиях не кажется такой уж невероятной...

[Андрей Курилов]

так они слишком блики друг ко другу. щироких - прежде всего по отношению к составу Вселенной. состав которой в наши дни вообще-то скучный - водород и гелий и прочие примеси...

Третьим кислород идёт, и только потом - углерод.

[Dem]

Чё-то мне мниться что для Земли 1 водородная атмосфера это значит в 15 раз шире, а при 1,5-2МПа в 60  Это утроит земной радиус.
Или не так?

Ну, нашли достаточно много экзопланет массой в несколько земных и диаметром с Юпитер. Видимым диаметром - внешние прозрачные слои атмосферы не в счёт. 
Вот например Кеплер-51D - где-то на орбите Венеры.

Третьим кислород идёт, и только потом - углерод.

ну это как с исходными повезёт. В смысле - какая сверхновая облако создала

[Rattus]

В атмосфере земли азот связывается и абиогенным путём (через явления атмосферного электричества), причём в весьма значимых объёмах.

Ну как значимых - 1/10-1/15 от биогенного. Но спасибо, что напомнили - теперь можно прикинуть - наверное именно во столько раз бы скукожилась биосфера, если бы у неё не было нитрогеназы. На эукариот бы точно не хватило.

Вроде даже Desulforudis audaxviator незначительного притока энергии получаемой ей из продуктов радиолиза, даваемых природным ураном в горных породах, для азотофиксации хватает, а более дохлого потока энергии и представить трудно.

Ага - ну и с какой скоростью он растёт? И как велика его биомасса?

N2 + 3H2 = 2NH3 энергетически выгодна, т.е. сама теоретически может быть источником энергии для жизнедеятельности.

Если бы в атмосфере было на пару-тройку порядков больше молекулярного водорода.