О Зоне обитаемости

[Димитър]

Википедия: Зона обитаемости - условная область в космосе, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе.

Немножко подумав, становится ясно, что температура на поверхность планеты зависит не только от расстояния до звезды и ее светимости, но и от парникового эфффекта атмосферы. А парниковый эффект зависит от плотности и состава атмосферы.
Возмем для примера Венеру. На какое расстояние должна быть она (с ее парниковым эффектом), чтобы на ее поверхность могла быть такая средняя температура, как на поверхность Земли? По моим расчетам — на 5.1 а.е. - на орбите Юпитера (5.2 а.е)! 
А если атмосфера еще плотнее и ее состав более «подходящий»? В 1998 году профессор Давид Стивенсон написал работу на тему «Возможное существование жизни в межзвёздном пространстве». В  этой работе Стивенсон полагает, что несмотря на холод межзвёздного пространства, достаточно большие планеты не остынут до абсолютного нуля, а будут из внутренних источников себя подпитывать теплом. В этом им поможет толстая атмосфера, непрозрачная в инфракрасном диапазоне, которая будет препятствовать потере тепла планетой.
Выходит у зоны обитаемости внешняя граница равна бесконечности ! Просто чем дальше планета от Солнца, тем плотнее должна быть у нее атмосфера, чтобы на поверхность была жидкая вода.
Конечно же, жызнь на такой планете будет сильно отличаться от земной. Как минимум из-за отсутствия света не будет фотосинтеза. Эсли мы хотим именно земная жизнь, то определение «зоны обитаемости должно быть дополнено. Кроме обеспечивания существования воды в жидкой фазе должно быть еще и «световой поток, обеспечивающий фотосинтеза».

Кто-то знает какое минимальное освещение, нужное для жизни хоть каких-то растений?

[bob]

Википедия: Зона обитаемости - условная область в космосе, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе.

Немножко подумав, становится ясно, что температура на поверхность планеты зависит не только от расстояния до звезды и ее светимости, но и от парникового эффекта атмосферы.

Не только. От внутреннего источника энергии немного зависит тоже. Например, массивные каменистые суперземли потенциально могут неплохо греться собственными силами. Атомный реактор у них в несколько раз массивнее земного. А масса над ним и возможная плотная атмосфера позволяет эту более высокую энергию медленнее высвечивать. Например, Юпитер излучает энергии намного больше, чем получает от Солнца. И ещё всякие приливные эффекты. Например, на спутниках планет-гигантов предполагаются подлёдные океаны, хоть внутреннего источника тепла они почти не имеют, а снаружи сухой лёд не тает.
Ещё вопрос в том, что за вода, что в ней за примеси и под каким давлением. При хорошем атмосферном давлении вода не вскипит и на Меркурии, а при большой примеси спиртов и клатратов - не замёрзнет далеко за снеговой линией (крайний случай - Титан). Вопрос только в том, возможна ли жизнь в перегретой жидкости или в такой отраве.
Так что понятие зоны жизни, обитаемости, экосферы - условно, очень условно, и целиком привязано к Земле. На тему, в каких диапазонах инсоляции была бы ещё возможна современная нам жизнь на ней.

[Rabbit]

Кто-то знает какое минимальное освещение, нужное для жизни хоть каких-то растений?

Никакое
Гуглите черные курильщики.

[bob]

Гуглите черные курильщики.

Да, как пример. Даже если Землю выбросить в полную темень, в межзвёздное пространство, жизнь на ней не прекратится. Или прекратится только миллионы лет спустя. Тёплые подлёдные моря вокруг чёрных курильщиков и хемосинтетики, живущие там, вполне будут здравствовать. Это очень автономный мир, наверняка способный целые геологические периоды существовать почти без всякой связи с поверхностью. Прекратится только жизнь привычного нам типа.

[Nucleosome]

Гуглите черные курильщики.

фотосинтетиков там правда нет.

Кто-то знает какое минимальное освещение, нужное для жизни хоть каких-то растений?

есть красная водоросль живущая если не ошибаюсь при освещении вроде в 0,002% от поверхностного, в океане. родуктивность у неё конечно тоже соответственно. в общем на расстоянии в 100 а. е. от солнца света ещё видимо хватит.

Возмем для примера Венеру. На какое расстояние должна быть она (с ее парниковым эффектом), чтобы на ее поверхность могла быть такая средняя температура, как на поверхность Земли? По моим расчетам — на 5.1 а.е. - на орбите Юпитера (5.2 а.е)!

так далеко её отодвинуть не получится - верхние слои атмосферы начнут замерзать и падать вниз, в итоге парниковый эффект снижаться, и она замёрзнет.

В этом им поможет толстая атмосфера, непрозрачная в инфракрасном диапазоне, которая будет препятствовать потере тепла планетой.

водород вообще очень хороший парниковый газ, и может согреть и весьма далёкие планеты. AlexAV как-то писал и давал ссылку об этом.

Тёплые подлёдные моря вокруг чёрных курильщиков и хемосинтетики, живущие там, вполне будут здравствовать.

только та их часть, которая умеет жить только на брожении, большая же часть организмов там дышит, они конечно ещё довольно долго будут жить, однако масса гнили сверху будет поглощать кислород весьма активно. правда, вот это не знаю, некоторые хемоситнетики умеют выделять кислород как растения?

[bob]

только та их часть, которая умеет жить только на брожении, большая же часть организмов там дышит, они конечно ещё довольно долго будут жить, однако масса гнили сверху будет поглощать кислород весьма активно. правда, вот это не знаю, некоторые хемоситнетики умеют выделять кислород как растения?

Тоже не знаю. Но вот анаэробам всё это явно нипочём. Расплодятся. Конечно, удар по экологическим цепочкам взаимосвязей с поверхностной жизнью как-то сыграет, и всё либо передохнет, либо деградирует. Но это произойдёт явно не за тысячелетия. Ещё одна палеонтологическая эра, так сказать, омбро-талассо-зойская, почти обеспечена. Я где-то когда-то писал, что жизнь является следствием не экосферы, а наличия плитотектоники, чёрных курильщиков, активной геологии и геохимии. Если бы на Земле не было тектоники, она осталась бы стерильной и в экосфере. Не было бы источников микроэлементов и всё загнулось бы, так сказать, от глобального авитаминоза. Остановка тектоники для жизни, наверное, даже опаснее взрыва родительской звезды. Пока атомная планетологическая машинка планеты работает, с жизнью на ней ничего страшного не будет. Она будет видоизменяться до неузнаваемости, но не исчезнет до конца.

[Golossvyshe]

Википедия: Зона обитаемости - условная область в космосе, определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе.

Немножко подумав, становится ясно, что температура на поверхность планеты зависит не только от расстояния до звезды и ее светимости, но и от парникового эфффекта атмосферы. А парниковый эффект зависит от плотности и состава атмосферы.
Возмем для примера Венеру. На какое расстояние должна быть она (с ее парниковым эффектом), чтобы на ее поверхность могла быть такая средняя температура, как на поверхность Земли? По моим расчетам — на 5.1 а.е. - на орбите Юпитера (5.2 а.е)!

Не получится.

Вы забываете, что тот жуткий котёл, что сейчас на Венере - СЛЕДСТВИЕ высокой инсоляции и формирования на близкой к Солнцу орбите. Внутри "снеговой линии", из-за чего на Венере изначально воды оказалось немного.

На 5,1 ае вся геологическая история пошла бы совершенно иначе. И была бы планета-снежок, с залежами гидратов Н2СО3, смесей обычного и сухого льда, с примесями аммиака и тп.
Так что атмосфера была бы довольно слабенькая (азотная в основном), и парниковый эффект соответственно.
 

Кто-то знает какое минимальное освещение, нужное для жизни хоть каких-то растений?

Для земных тенелюбивых растений достаточно 5-10 тыс. лк.

Но, наверное, это далеко не предел. Если не надо конкурировать с деревьями, забирающими основную часть света, вероятно, и 2 тыс. лк дадут возможность худо-бедно расти.
Всё это где-то разбиралось в теме про жизнь у КК.

[bob]

Всё это где-то разбиралось в теме про жизнь у КК.

Cамое недавнее обсуждение:
Планета - бродяга и жизнь на ней.

[Nucleosome]

Если бы на Земле не было тектоники, она осталась бы стерильной и в экосфере. Не было бы источников микроэлементов и всё загнулось бы, так сказать, от глобального авитаминоза.

не думаю - конечно, чатсь элементов возвращается именно через тектонические процессы, но большая часть циркулирует не заходя так глубоко, конечно, если убрать тектонику, то возникнет недосдача, но организмы думаю сумеют её преодолеть, как сумели одолеть концентрацию столь необходимого азота в труднодоступной форме в атмосфере. да и конце тектоники это же не вчера было сегодня нет, а плавный сход на нет в течении надо понимать сотен миллионов лет. говорят, будет это примерно через 1,6 млрд лет. трудность тут в другом - без тектоники постепенно не станет суши - размоет/развеет, и всё будет накапливаться на тёмном дне, взять откуда что-либо крайне сложно, вот это уже удар так удар.

Тоже не знаю. Но вот анаэробам всё это явно нипочём. Расплодятся. Конечно, удар по экологическим цепочкам взаимосвязей с поверхностной жизнью как-то сыграет, и всё либо передохнет, либо деградирует. Но это произойдёт явно не за тысячелетия. Ещё одна палеонтологическая эра, так сказать, омбро-талассо-зойская, почти обеспечена.

наверное. кстати подмал сегодня - получается что не выбрасывая свободный кислород быть продуцентом не получится - потому что единственный источник углерода - его оксид, и водорода тоже. восстанавливая это дело с помощью стороннего источника энергии кислород неминуемо надо выбросить куда подальше. в случае хемосинтетиков он может тут же вступать в те реакции с которых они живут и никуда толком не выделяться, с фотосинтетиками такое не пройдёт - свет он и есть свет.

[Wert]

Возмем для примера Венеру. На какое расстояние должна быть она (с ее парниковым эффектом), чтобы на ее поверхность могла быть такая средняя температура, как на поверхность Земли? По моим расчетам — на 5.1 а.е. - на орбите Юпитера (5.2 а.е)! 

Как вы это считали,Димитьр?

[ВадимZero]

водород вообще очень хороший парниковый газ, и может согреть и весьма далёкие планеты. AlexAV как-то писал и давал ссылку об этом.

Водород не парниковый газ, как и другие молекулы у которых отсутствует дипольный момент.

Возмем для примера Венеру. На какое расстояние должна быть она (с ее парниковым эффектом), чтобы на ее поверхность могла быть такая средняя температура, как на поверхность Земли? По моим расчетам — на 5.1 а.е. - на орбите Юпитера (5.2 а.е)! 

Углекислый газ при низких температурах и высоких давлениях очень быстро вымораживается. Марс тому пример

[Rabbit]

Как вы это считали,Димитьр?

Подозреваю по закону  Стефана — Больцмана
(737 К)/sqrt(5.1/0.72) = 273 К

737 К Температура Венеры
273 К Температура Земли
0,72 а. е. Большая полуось Венеры

[ivanij]

273 К Температура Земли

 Средняя температура у поверхности Земли несколько выше (около 288 К), и это важно.

[Nucleosome]

Средняя температура у поверхности Земли несколько выше (около 288 К)

так равновесная около 255 К остальное париниковый эффект

[Olweg]

Выходит у зоны обитаемости внешняя граница равна бесконечности !

Без инсоляции не получится. Самые оптимистичные оценки дают 1.7 ае как внешний край зоны обитаемости (для Солнца):
https://arxiv.org/abs/1301.6674
При парциальном давлении примерно в 10 атмосфер углекислотная атмосфера становится полностью непрозрачна для ИК-излучения, и парниковый эффект после этого не растёт. Доля же солнечного излучения монотонно падает по мере повышения давления из-за релеевского рассеяния. Поэтому существует оптимум - P_CO2 ~ 8 атмосфер, при котором сочетание обоих факторов максимально, и позволяет жидкой воде течь по поверхности при инсоляции 0.325 от земной, что соответствует 1.7 ае.

По планетам-бродягам есть такая оценка:
https://arxiv.org/abs/1102.1108
Если на планете в десять раз больше воды, чем на Земле, то при массе на 30% больше земной она сможет поддерживать подлёдный океан. Поверхностный - ни при каких условиях.

[Димитър]

Как вы это считали,Димитьр?

Подозреваю по закону  Стефана — Больцмана
(737 К)/sqrt(5.1/0.72) = 273 К

737 К Температура Венеры
273 К Температура Земли
0,72 а. е. Большая полуось Венеры

Да, именно так. Цифры в моем расчете немного иные, но способ тот.
Совершенно верно, что при более низких температур СО2 начнет конденсироваться и выпадать а виде снега или дождя. В нижных слоях атмосферы он будет снова испаряться наверх. Что создаст дополнительный перенос тепла наверх и уменьшит парниковый эффект.
Но я же писал "при том же парниковом эффекте". Замените СО2 в атмосфере на СН4 ... и планету придется отодвигать еще дальше, чем Юпитер.

[Димитър]

Выходит у зоны обитаемости внешняя граница равна бесконечности !

Без инсоляции не получится. Самые оптимистичные оценки дают 1.7 ае как внешний край зоны обитаемости

Профессор Давид Стивенсон с Вами не согласен.

[Olweg]

Вот его статьи:
https://www.researchgate.net/publication/12896573_Life-sustaining_planets_in_interstellar_space
http://hoffman.cm.utexas.edu/courses/rogue_planet_nature_letter.pdf

Если я правильно понял, нужна водородная атмосфера с давлением порядка 100-1000 атмосфер. Тогда будет жидкая вода на поверхности. Только вот зачем она там нужна? Источники энергии будут только на дне - какие-нибудь геотермали, если дно там вообще будет. То есть это в любом случае вариант "днищевой" жизни в духе Европы и Энцелада. Это если возможно зарождение жизни без УФ.

По планетам-бродягам есть такая оценка:
https://arxiv.org/abs/1102.1108
Если на планете в десять раз больше воды, чем на Земле, то при массе на 30% больше земной она сможет поддерживать подлёдный океан. Поверхностный - ни при каких условиях.

Ошибся. Не на 30% больше, а просто 30% земной.

[tala]

Это если возможно зарождение жизни без УФ.

Есть мнение, что на Земле жизнь зародилась именно в "черных курильщиках", то есть априори без всякого УФ.

[Olweg]

Либо в сухопутных гидротермалях.