Жизнь на планете без атмосферы

[Ruslan_Sharipov]

Жизнь на Земле сформировалась и проткает в очень комфортных условиях. Мы привыкли к таким условиям, и это сильно затрудняет нам дальнейшую экспансию в космос. Идея переделки человека под космические условия пока не находит поддержки здесь на форуме. Поэтому предлагаю обсудить возможность возникновения жизни на планете без атмосферы или с очень разреженной атмосферой. Каковы должны быть предпосылки для появления жизни на такой планете?
      1. Вода в жидком виде при плюсовых температурах. Считаем планету близкой по размерам Земле. При нулевом давлении вода закипает, но кипит лишь до тех пор, пока пар над нею не станет насыщенным. Если считать, что температуры у поверхности колеблются от 0°C до 30°C, то давление насыщенных паров воды меняется от 4 до 31 мм. рт. ст. Это довольно разряженная атмосфера. На высоте в горах температуры быстро понижаются, поэтому водяная атмосфера будет достаточно тонкой. С утра с восходом солнца океаны кипят, вечером после захода солнца выпадают обильные осадки. На высокогорных плато лежат вечные снега и над ними техничемкий вакуум. Возможна ли жизнь в этих условиях?
       2. Вариант без воды. Вместо нее иная жидкость. Органическая и достаточно высокомолекулярная, практически не кипящая в вакууме. Считая, что изначально была атмосфера из водорода, азота и метана, можно предположить, что под действием ионизирующего излучения звезды сначала образуется аммиак и легкие углеводороды (этан, пропан, бутан), затем более тяжелые углеводороды и органические амины на основе этих углеводородов, которые сконденсируются в жидкость. Возможно ли формирование жизни в этих условиях?
       В каждом из двух вариантов нужен окислитель. Он в дефиците. Пусть это будет кислород. В первом случае его можно получать из воды. Это могут делать одни организмы (назовём их растениями) за счёт энергии излучения звезды. Производя кислород из воды они будут как-то накапливать его в себе, а другие органихмы будут получать кислород, поедая растения.
       В безводном варианте необходимо допустить присутствие углакислого газа или угарного газа, в изначальной атмосфере, который после связывания с органическими молекулами, станет источником кислорода для растений, а затем и других организмов.
       Бескислородный вариант - это когда окислителем становится что-то другое, не кислород. Например, сера, фтор, хлор или что-то ещё. Возможен ли такой вариант?

[ziggyStardust]

 Что за планета не в силах удержать атмосферу? Луна или Меркурий? Или это о кометной жизни речь? Далее - а что "сжигать" организмам для движения? Или поглощать. Может шагнем дальше - "космические киты"(стар крэк  новый вспомнился). Жизнь на орбите(-тах) - зародившаяся на кометах и со временем перерабатывающая(перестраивающая) ее всю "под себя" черпая энергию от фотосинтеза в периастре. Поглотив одну комету это "нечто" стремится "проглотить" другую...

[Rattus]

Мы привыкли к таким условиям, и это сильно затрудняет нам дальнейшую экспансию в космос.

А также чесание левого уха правой пяткой и кусание локтя.

Идея переделки человека под космические условия пока не находит поддержки здесь на форуме.

Идея переделки человека и его симбионтов (как эндо- так и экзо-) под долгожительство, длительную гибернацию и радиостойкость может найти поддержку много где. Вот только чтобы адекватную реальности задачу поставить, нужно о ней, этой реальности, хотя бы небольшое представление иметь.

Считаем планету близкой по размерам Земле. При нулевом давлении вода закипает, но кипит лишь до тех пор, пока пар над нею не станет насыщенным. Если считать, что температуры у поверхности колеблются от 0°C до 30°C, то давление насыщенных паров воды меняется от 4 до 31 мм. рт. ст. Это довольно разряженная атмосфера. На высоте в горах температуры быстро понижаются, поэтому водяная атмосфера будет достаточно тонкой. С утра с восходом солнца океаны кипят, вечером после захода солнца выпадают обильные осадки. На высокогорных плато лежат вечные снега и над ними техничемкий вакуум. Возможна ли жизнь в этих условиях?

Если планета по размерам близкая Земле и хоть краешком в зоне жидкой воды - у неё обязательно будет атмосфера не только из водяного пара, а постоянная и куда более густая хотя бы из той же углекислоты. Исперение воды даст ещё дополнительный парниковый эффект и постоянные водоёмы (пусть и совсем небольшие - как в криогении) уже будут иметь место. А значит и жизнь не исключается - если ей будет что есть, для чего нужна тектоническая активность.

Вместо нее иная жидкость. Органическая и достаточно высокомолекулярная, практически не кипящая в вакууме.

Нет таких жидкостей. Всё высокомолекулярное будет просто тупо лежать асфальтом. Под светом звзеды - разлагаться жестким УФ, мелкими обломками частично улетучиваясь в космос, а крупными - перестраиваясь в толины (т.е. тот же асфальт). А для низкомлекулярного (простые спирты) нужно хотя бы пол миллипаскаля.

Возможно ли формирование жизни в этих условиях?

Нет. Органические растворители без воды очень плохо мобилизуют металлы-катализаторы. Практически никак.

В каждом из двух вариантов нужен окислитель.

Нужен не окислитель, а свободная энергия: градиент химической (окислитель-восстановитель) или солнечная.

Бескислородный вариант - это когда окислителем становится что-то другое, не кислород. Например, сера, фтор, хлор или что-то ещё. Возможен ли такой вариант?

Фотосинтетики и не только окисляли железо и ещё окисляют серу. Вот только продукты их окисления - ржавчина и серная кислота - уже неприменимы для использования следующими звеньями пищевой цепи.

[neolopus]

Поэтому предлагаю обсудить возможность возникновения жизни на планете без атмосферы или с очень разреженной атмосферой.

При всём уважении, продолжаю считать, что жизни этой придётся пройти через значительные трудности.

Любому живому существу, если оно не самодостаточно, а нуждается в хоть каком взаимодействии с веществами из окружающей среды, нужен растворитель. Внутри этих живых существ должна быть жидкая среда. И так как живые организмы негерметичны - эта жидкая среда будет иметь контакт с безвоздушным пространством.

Значит эта жидкость должна быть не абы какой, не какой попало - а растворителем, и не испаряющимся в вакууме. Притом, скорее всего, ей придётся быть полярным растворителем. Дальше, она вряд ли может быть намного тяжелее веществ, которые она должна растворять - те начнут всплывать вместо растворения. И она должна быть сама относительно инертной - иначе она же и израсходуется во всех этих реакциях.

Представляете какой набор условий к растворителю?

Тем самым ртуть, смеси ксенона, аргона, спирта, холинов и пр. - полагаю, не очень сгодятся. Одни из них неполярны, другие тяжёлые, третьи ещё что-нибудь...

Далее, имеет огромное значение температура. При низкой температуре испаряемость жидкостей должна быть меньше - из-за меньшей подвижности молекул. Но по той же причине будут замедлены химические реакции. И как следствие - образование жизни, развитие организмов, их метаболизм и эволюция. В высокотемпературных расплавах же нам неизвестны какие-либо аналоги, дающие такое же разнообразие молекул, как углерод...

Похоже, не настаиваю но похоже, что жизнь, если где и будет существовать - будет на водной основе, из органических молекул, с дыханием кислородом и в близких условиях температуры и давления, которые встречаются на Земле. Похоже на то, что у жизни выбора не будет с возникновением на основе других веществ...

В этой связи "вакуумная жизнь" или "вакуумные люди" мне кажутся малореалистичными...

[дерево]

      1. Вода в жидком виде при плюсовых температурах.

Это что должно было произойти, что вода на планете осталась, а азота с аргоном и углекислотой нет?

[Андрей Астрофизический]

При нулевом давлении вода закипает, но кипит лишь до тех пор, пока пар над нею не станет насыщенным. Если считать, что температуры у поверхности колеблются от 0°C до 30°C, то давление насыщенных паров воды меняется от 4 до 31 мм. рт. ст

Физика работает не так. При нулевом давлении не будет никаких насыщенных паров, вода просто испарится в космос вся, без остатка.

С утра с восходом солнца океаны кипят, вечером после захода солнца выпадают обильные осадки

Не будет никаких океанов на планете без атмосферы. Если "гипотетически" они были, и с восходом Солнца вскипели. То обратно уже не осядут.
А если на планете идут осадки в виде жидкой воды то на ней есть атмосфера, и она не соответствует названию темы.

2. Вариант без воды. Вместо нее иная жидкость. Органическая и достаточно высокомолекулярная, практически не кипящая в вакууме. Считая, что изначально была атмосфера из водорода, азота и метана, можно предположить, что под действием ионизирующего излучения звезды сначала образуется аммиак и легкие углеводороды (этан, пропан, бутан), затем более тяжелые углеводороды и органические амины на основе этих углеводородов, которые сконденсируются в жидкость.

Так вы определитесь, у вас планета с атмосферой или без. В названии темы написано что без, а тут вы рассуждаете об атмосфере. Непонятно.
На Титане есть моря из метана, если что. Возможно он под эти ваши непонятные описания подходит, не знаю.

В каждом из двух вариантов нужен окислитель.

В первом он не нужен потому что уже вода вся испарилась и ничего не поможет. Но вообще мысль дельная - для жизни необходим доступный для организмов способ добывать химическую энергию. Самое осмысленное рассуждение.

Пусть это будет кислород. В первом случае его можно получать из воды.

Кислород из воды можно получать путем электролиза. Это техногенный метод, живые организмы таким не пользуются. Потому что, метод очень энергоемкий. Там у каждого растения есть подключение к розетке 220 вольт?

Производя кислород из воды они будут как-то накапливать его в себе, а другие органихмы будут получать кислород, поедая растения.

И биохимия так не работает. "Поедая" можно добывать питательные/строительные вещества, которых надо относительно немного. Воды надо уже на порядок больше. А кислород/окислитель живому организму нужен в таких объемах, которые несопоставимы с питанием. При таком методе добычи кислорода "жрать чтобы дышать", существо размером с белку должно за час выжрать гектар посевов. Или около того. Биосферы так не получится, столько не вырастет, и кислорода не хватит.

Вариант без воды

Бескислородный вариант

Почему для жизни нужна вода: она выступает, как уже говорилось, растворителем очень многих веществ, а кроме того обладает огромной теплоемкостью, позволяя сохранять относительно стабильную температуру среды обитания, если это вода, и позволяя сухопутным организмам сохранять постоянную температуру, т.к. они на 50-80% состоят из воды. Та же вода с гигантской теплотой испарения выступает как очень эффективное средство терморегуляции. Если "потеть" не водой а другой жидкостью, ее расход будет в несколько раз больше, а теплоемкость организма в несколько раз меньше. Скорее всего такая жизнь не может существовать сразу по двум причинам - организмы не смогут поддерживать стабильные условия внутри своих тел, а сама среда обитания так же будет менее стабильна, обрушивая на своих обитателей сильные перепады температуры. Стабильный климат на Земле (относительно стабильный) происходит именно благодаря океанам воды, имеющим чудовищную теплоемкость. Никаким другим веществом такого результата в планетарном масштабе нельзя было бы добиться.

[Ruslan_Sharipov]

Физика работает не так. При нулевом давлении не будет никаких насыщенных паров, вода просто испарится в космос вся, без остатка.

Это ошибочное утверждение. Уходу водяных паров в космос из верхних слоёв атмосферы на планете препятствует гравитация, а не наличие других  газов. Чем легче молекула, тем больше средняя скоростиь таких молекул при данной теммературе, и тем большая часть таких молекул рискует получить вторую космическую скорость и покинуть планету. См. распределение Максвелла. Наличие молекул других сортов на это не влияет.

[Ruslan_Sharipov]

Вода, как уже говорилось, обладает огромной теплоемкостью, позволяя сохранять относительно стабильную температуру среды обитания

.
Вода - рекордсмен, но есть вещества не очень сильно ей уступающие. Например анилин C6H5NH2. Удедьная тплоемкость C_p=2641 Дж/(кг·градус). У воды C_p=4182 Дж/(кг·градус). А по летучести анилин гораздо менее летуч. Давление паров 0.6 ± 0.1 мм рт.ст. при 25°C.

[Ruslan_Sharipov]

А кислород/окислитель живому организму нужен в таких объемах, которые несопоставимы с питанием.

Это большая ошибка. Вы измеряете одни вещества по объему, а другие по массе. Берите не по объему, а по массе. Еду же вы по массе измеряете. Суточное потребление кислорода человеком по массе сопоставимо с суточной потребностью в еде.

[Ruslan_Sharipov]

Кислород из воды можно получать путем электролиза. Это техногенный метод, живые организмы таким не пользуются. Потому что, метод очень энергоемкий.

На Земле на пользуются. Потому что фотосинтез настроен на углекислый газ. Но если углекислого газа нет, настроятся на извлечение кислорода из воды. Будет затратнее по энергии, но принципиальных запретов нет.

[Ruslan_Sharipov]

Так вы определитесь, у вас планета с атмосферой или без. В названии темы написано что без, а тут вы рассуждаете об атмосфере. Непонятно.

Первичная атмосфера из метана и аммиака нужна для генрации органических жидкостей, того же анилина к примеру. Породив такие жидкости атмосфера может исчерпаться. Кстати, в верхних слоях атмосферы Юпитера возможно образование больших органических молекул, которые затем тонут.

[Ruslan_Sharipov]

Не будет никаких океанов на планете без атмосферы. Если "гипотетически" они были, и с восходом Солнца вскипели. То обратно уже не осядут.

Вы неправы. См. Быков Ю.Н., О моделировании процесса образования кластеров при сферическом расширении водяного пара в вакуум. В аннотации автор пишет: Проанализировано влияние процесса конденсации на газодинамические параметры течения.

[sharp]

Жизнь на Земле сформировалась и проткает в очень комфортных условиях. Мы привыкли к таким условиям, и это сильно затрудняет нам дальнейшую экспансию в космос. Идея переделки человека под космические условия пока не находит поддержки здесь на форуме. Поэтому предлагаю обсудить возможность возникновения жизни на планете без атмосферы или с очень разреженной атмосферой. Каковы должны быть предпосылки для появления жизни на такой планете?

А смысл? Ведь, как следует из дальнейших рассуждений, безатмосферные организмы не получат особого преимущества в плане освоения космоса: они будут привязаны к другим, весьма специфическим условиям среды.

1. Вода в жидком виде при плюсовых температурах.

Без атмосферы или в крайне разреженной атмосфере такое возможно только одним способом - в виде подледных водоемов. В солнечной системе таковые, скорее всего, имеют место - например, на Европе. Есть ли там правда жизнь - неизвестно, но где-то во Вселенной она наверняка есть на подобном объекте.
Формально это выполняет условие топика: жизнь на планете без атмосферы.

Не будет никаких океанов на планете без атмосферы

Про подледные вы, видимо, забыли.

[Ruslan_Sharipov]

Тем самым ртуть, смеси ксенона, аргона, спирта, холинов и пр. - полагаю, не очень сгодятся. Одни из них неполярны, другие тяжёлые, третьи ещё что-нибудь...

Вы одним махом отметаете без всяких оснований все органические растворители, какие есть и какие ещё только предстоит синтезировать. Это говорит об ангажированности на контридее: этого не может быть, потому что это мне не нравится.

[sharp]

И биохимия так не работает. "Поедая" можно добывать питательные/строительные вещества, которых надо относительно немного. Воды надо уже на порядок больше. А кислород/окислитель живому организму нужен в таких объемах, которые несопоставимы с питанием. При таком методе добычи кислорода "жрать чтобы дышать", существо размером с белку должно за час выжрать гектар посевов.

В холодных мирах гипотетически могут быть организмы, аккумулирующие кислород в жидком виде. Тогда одного такого "кактуса" может хватить достаточно надолго.

[Ruslan_Sharipov]

А смысл? Ведь, как следует из дальнейших рассуждений, безатмосферные организмы не получат особого преимущества в плане освоения космоса: они будут привязаны к другим, весьма специфическим условиям среды.

Все эти специфические условия возникают в условиях вакуума или очень низких давлений и потому покровные ткани организмов и их обмен веществ приспособлены к условиям вакуума. Прочие специфические усовия (специфическая еда и питьё) легко реализовать в открытом космосе, а вот наполнить космос воздухом невозможно.

[Ruslan_Sharipov]

В холодных мирах гипотетически могут быть организмы, аккумулирующие кислород в жидком виде.

Верно. В тёплых мирах кислород может аккумулироваться в пероксидных соединениях, в нитратах, перманганатах, дихроматах, высших оксидах.

[Андрей Астрофизический]

Физика работает не так. При нулевом давлении не будет никаких насыщенных паров, вода просто испарится в космос вся, без остатка.

Это ошибочное утверждение. Уходу водяных паров в космос из верхних слоёв атмосферы на планете препятствует гравитация, а не наличие других  газов. Чем легче молекула, тем больше средняя скоростиь таких молекул при данной теммературе, и тем большая часть таких молекул рискует получить вторую космическую скорость и покинуть планету. См. распределение Максвелла. Наличие молекул других сортов на это не влияет.

Ошибочное - ваше. И вот почему: если у планеты есть достаточная гравитация, чтобы удерживать молекулы воды от разлета в космос, то что мешает ей точно так же удерживать молекулы разнообразных газов. В таком случае у этой планеты есть атмосфера, и она не попадает под название темы.
"Планета без атмосферы" = планета у которой не хватает гравитации на удержание атмосферы. В противном случае, какая-то атмосфера в геологических процессах сформируется в любом случае, раз есть вода, значит и другие вещества есть.

Например анилин C6H5NH2

А как у него со стабильностью и растворением солей и другой органики?)

Первичная атмосфера из метана и аммиака нужна для генрации органических жидкостей, того же анилина к примеру. Породив такие жидкости атмосфера может исчерпаться

Нуу нет. Если атмосфера есть, она может формировать какие-либо жидкости, но никогда не перейдет в эти жидкости вся. Потому что при снижении давления жидкость начнет обратно испаряться, восстанавливая атмосферу. Т.о. если планета в состоянии удерживать атмосферу, она будет ее удерживать с жидкостями или без. Если не в состоянии, тогда она попадает под название вашей темы, и жидкости на ее поверхности в геологических масштабах времени оставаться не могут.

Вы измеряете одни вещества по объему, а другие по массе

А вы предложите способ хранения кислорода в твердом виде.

Без атмосферы или в крайне разреженной атмосфере такое возможно только одним способом - в виде подледных водоемов. В солнечной системе таковые, скорее всего, имеют место - например, на Европе. Есть ли там правда жизнь - неизвестно, но где-то во Вселенной она наверняка есть на подобном объекте.
Формально это выполняет условие топика: жизнь на планете без атмосферы.

Не будет никаких океанов на планете без атмосферы

Про подледные вы, видимо, забыли.

Про подледные я помню, но это немного другое. Автор их не рассматривает - потому и я их поминать не стал. А так, согласен, планеты с подледным океаном наиболее вероятные хранители жизни среди безатмосферных.

Вы неправы. См. Быков Ю.Н

Я прав, потому что - если планета в состоянии удерживать атмосферу, она ее удержит с водой или без. И в название темы попадать перестанет. Если же не в состоянии, то ваша ссылка к делу не относится, удержать жидкую воду на поверхности такая планета не сможет.

[Андрей Астрофизический]

В холодных мирах гипотетически могут быть организмы, аккумулирующие кислород в жидком виде.

Верно. В тёплых мирах кислород может аккумулироваться в пероксидных соединениях, в нитратах, перманганатах, дихроматах, высших оксидах.

И потребная для его хранения масса тут же растет в несколько раз.

[Андрей Астрофизический]

Вы одним махом отметаете без всяких оснований все органические растворители, какие есть и какие ещё только предстоит синтезировать. Это говорит об

...знании хотя бы основ органической химии.