Возможность существования жизни на Gliese 581...

[Kweni]

На Глизе 581 нет жизни, и это можно доказать.

Рассмотрим сначала, как были получены температурные данные из таблицы двумя постами выше. Как известно, температура планеты устанавливается в результате равновесия двух противоположных процессов: нагрева планеты Солнцем и охлаждения за счет теплового излучения самой планеты (как нагретого тела) в окружающую среду. В установившемся режиме энергия теплового излучении планеты должна быть равна энергии, получаемой планетой от Солнца. Аналитически уравнение теплового баланса можно записать в виде
Е/А^2=сТ^4
где А —расстояние планеты от звезды в долях астрономической единицы, Е — солнечная постоянная (или аналогичная величина для звезды), с — постоянная Стефана — Больцмана, Т — температура планеты. Например, для Венеры Е = 1,98  кал/(см^2 • мин), А = 0,723 а. е.,    и   равновесная эффективная температура будет 330К – то есть те самые 55 С из таблицы двумя постами выше.
Но такой расчёт, будучи правильным для Земли, для Венеры и Глизе 581 некорректен. Даже без учёта парникового эффекта, при выводе последнего соотношения было принято постоянство температуры планеты на всей ее поверх-ности, что может иметь место при высоких теплопро-водности или теплоемкости и быстром вращении. По-этому считалось, что излучение планеты в окружаю-щее пространство с температурой   Т   происходит со всей ее поверхности. В случае же мед-ленного вращения температура   освещенной   звездой   дневной 1стороны планеты может быть существенно выше, чем у неосвещенной звездой ночной стороны. В этом случае собственное излучение планеты будет определять-ся в основном более горячей дневной полусферой и ее равновесная температура будет в (корень из 2) раз больше температуры изотермической поверхности, т. е. для Венеры 460 К или +190 С.

Таким образом, для Венеры, даже если бы её атмосфера была тонка и там не было парникового эффекта, эффективная температура равняется +190 С, а не +55. Это означает, что даже в первоначально тонкой атмосфере Венеры пары воды, выбрасываемые при  вулканических извержениях, не конденсировались в виде горячего океана, а оставались в атмосфере, ещё больше повышая температуру за счёт парникового эффекта. Таким образом, медленное вращение Венеры привело к отсутствию там воды и условий для жизни.

Аналогично для Глизе 581 из-за её медленного синхронизированного вращения эффективная температура будет не –3, как в таблице, а в (корень из 2) раз больше, то есть 382К  или +109 С. Возможный парниковый эффект может только увеличить температуру поверхности, механизмов же её снижения против равновесной температуры не существует. Следовательно, и на Глизе 581 водный океан будет выкипать.

По аналогии с общепринятой моделью для Земли, атмосфера планеты Глизе 581 будет вторичной, образованной позже образования планеты путём постепенной дегазации мантии. Тогда первоначально она будет весьма тонкой, неспособной сглаживать температурные контрасты на дневной и ночной стороне. Это даст возможность проявиться эффекту медленного вращения - эффективная температура составит +109 вместо –3.

Впоследствии парниковый эффект и плотная атмосфера выровняют температуру по всей планете, но на ещё более высокой отметке. Наличие хотя бы небольших количеств воды в веществе планеты несомненно, а ведь водяной пар очень эффективный парниковый газ – для поднятия температуры на одинаковую величину водяного пара нужно в 30 раз меньше, чем углекислого газа. На Венере водяной пар, по общепринятой модели, разлагался ультрафиолетовым излучением Солнца, образующийся водород из-за низкой гравитации улетучивался в космос. Это привело к исчезновению водяного пара из атмосферы планеты, в результате температура Венеры обеспечивается сравнительно слабым парниковым эффектом углекислого газа.

На Глизе 581 гравитация в 5 раз больше земной, а УФ-излучение красного карлика по закону о светимости абсолютно чёрного тела намного слабее солнечного. В результате водяной пар в огромных количествах останется в горячей атмосфере, и температура по всей поверхности планеты может достигать +1500 - +2000 градусов. Очевидно, в таких условиях жизни на Глизе 581 быть не может.

[Nucleosome]

А почему водяной пар не будет образовывать облака, которые будут повышать альбедо? Кроме того, ещё одно - вода кипит при 100 С при атмосферном давлении, и при росте давления точка кипения может очень заметно расти. Поэтому вполне возможно, что при 109 градусах вода там кипеть и не будет - если атмосфера будет достаточно плотной. Кроме того, допущение о том, что темпратуру планеты опредляет излучение с освещёной стороны верно только тогда, когда разница между полушариями очень велика и излучением с обратной стороны можно пренебречь, но если атмосфера будет достаточно плотной, температура окажется остаточно выравенной и предположение будет уже не верно. Кстати, почему квадратный корень из двух, а не четвёртой степени?

[assa32]

А кто знает историю, как Сагану предложили найти метод определения жизни на планетах и к чему это привело?
Искать жизнь нужно именно по следам планетарного масштаба, потому что жизнь делает с планетой очень интересные вещи - то сероводород съест, то кислороду попустит...

Выходит на Марсе жизнь была? Был свободный кислород? Вся планета красная от окислов.

[Kweni]

Nucleosome, совершенно не важно, что 109 > 100, а важно то, что 109 >> -3, из-за чего испарение или кипение (совершенно не важно, будет ли кипеть там океан при +109 или просто сильно испаряться, на равновесную концентрацию в атмосфере это не влияет) воды возрастает многократно.

Про

Кроме того, допущение о том, что темпратуру планеты опредляет излучение с освещёной стороны верно только тогда, когда разница между полушариями очень велика и излучением с обратной стороны можно пренебречь, но если атмосфера будет достаточно плотной, температура окажется остаточно выравенной и предположение будет уже не верно

я же ясно писал

По аналогии с общепринятой моделью для Земли, атмосфера планеты Глизе 581 будет вторичной, образованной позже образования планеты путём постепенной дегазации мантии. Тогда первоначально она будет весьма тонкой, неспособной сглаживать температурные контрасты на дневной и ночной стороне. Это даст возможность проявиться эффекту медленного вращения

почему водяной пар не будет образовывать облака, которые будут повышать альбедо?

Роль альбедо не так велика, как кажется. На Венере очень высокое альбедо, например, причём там облака даже не из воды, и всё равно от этого холоднее не становится. А если учесть, что водные облака вносят свой вклад в парниковый эффект, плохо пропуская ИК-излучение, то совершенно неудивительно, что облака на Глизе-581 будут скорее нагревать, а не охлаждать планету, подробно тому, как это происходит на Земле.

В общем, почему бы не подождать, пока не откроют какую-нибудь более подходящую для жизни, чем Глизе-581 планету? Ручаюсь, что тогда возможность существования жизни на Глизе-581 доказывать никто не будет, ведь я уверен, что причиной дискуссии является единственно желание участников, чтобы жизнь вне солнечной системы хоть где-нибудь была.

[Nucleosome]

А почему первичная атмосфера должна быть тонкой?

[Kweni]

Потому что по общепринятой модели атмосфера образуется за счёт дегазации мантии в ходе вулканизма. А это процесс не мгновенный. Соответственно, пока атмосфера станет плотной, пройдёт некоторое время.

[Nucleosome]

Некоторое время - понятие растяжимое, тем более, что на тектоническую активность этой планеты в начале развития окажут влияние сильные привливные волны звезды. Кроме того, получается ещё одно: если вода будет активно испарятся с поверхности, то это вызовет парниковый эффект, но и уплотнение атмосферы, на теневой стороне пары будут конденсироваться и может даже вызовут там сплошной ледник, однако в любом случае их конденсация будет способствовать охлаждению освещённой стороны и разоргеву теневой.

[Kweni]

Сколь ни растяжимое, всё равно геологический масштаб времени намного больше теплового.

Не понимаю, к чему спорить, ведь критерий отсутствия жизни на планете выполняется с большим запасом.

Причём даже вся история поисков жизни укладывается в схему «необоснованный ранний оптимизм – дальнейшее разочарование». Ещё древние греки на основании симметрии климатических зон земного шара относительно экватора считали возможным существование равной им цивилизации в южном полушарии. Но на самом деле такой цивилизации не было. Позже Ловелл и другие надеялись встретить разумную жизнь на Марсе, но они тоже ошибались. Поэтому, проявляя разумный пессимизм, намного больше шансов оказаться правым.

Более того, я могу утверждать, что ни одна планета с синхронизированным вращением и большим контрастом температур между полушариями не будет нести жизнь земного типа. Даже в самых благоприятных температурных и других условиях. По причине незамкнутости круговорота воды.

Планеты с синхронизированным вращением и малым контрастом температур между полушариями из–за плотной атмосферы, скорее всего, тоже не будут пригодны к жизни, так как на них должен наблюдаться мощный парниковый эффект. Я, правда, не совсем уверен насчёт возможности, что на каком–то расстоянии от красного карлика синхронизированное вращение уже будет, а парниковый эффект и большое расстояние от звезды скомпенсируют друг друга и дадут нормальные температурные условия на поверхности. Но для этого нужно существенно большее расстояние от звезды, чеам на Глизе 581.

[Ob_ivan]

Мне любопытно в каких источниках сказано, что древним грекам был иизвестен закон географической зональности? Быть может я не знаю чего, но как мне казалось открыт он был гораздо позже - в эпоху великих географических открытий. А по сути сформулирован Александром Гумбольдтом по результатам его экспедиции в Южную Америку в начале XIX века. И именно он же фактически дал обоснование климатологии как науки.

[Nucleosome]

Не понимаю, к чему спорить, ведь критерий отсутствия жизни на планете выполняется с большим запасом.

По-моему нет... Даже если брать 109 как эффективную температуру освещённого полушария, что вообще-то при плотной атмосфере опять не будет выполнятся, то сколько может дать парниковый эффект остаётся только догадываться. Верхний температурный порог для углеродной жизни проходит где-то около 200 градусов. Так что не знаю, не знаю...

Более того, я могу утверждать, что ни одна планета с синхронизированным вращением и большим контрастом температур между полушариями не будет нести жизнь земного типа. Даже в самых благоприятных температурных и других условиях. По причине незамкнутости круговорота воды.

То етсь вся вода в виде льда скопится на неосвещённом полушарии? Но в атмосфере-то что-то останется, хотя бы из-за граничных зон, а для жизни этого достаточно - постепенно начнут развиваться формы, способные удерживать воду, на Змле аналоги этого тоже есть. (Не обязательно в себе, можно и в почве, которая результат действия организмов и которая довольно хорошо удерживает влагу)

[Kweni]

Имеется в виду не закон географической зональности в его современном понимании, а более упрощённое древнегреческое учение о климатах. Оно было общепринято у древних греков и излагается во многих источниках, например, в «Альмагесте» Птолемея.

Но в атмосфере-то что-то останется, хотя бы из-за граничных зон

Из–за каких это граничных зон и каков механизм удержания воды в атмосфере?

[Ob_ivan]

В работах Птолемея, насколько мне известно, есть только некие обобщения наблюдений .. по сути факты описания различных сезонных особенностей и природно-погодных условий известных мест. Никаких "законов", закономерностей там не выявляется. Никаких климатических карт он не строил и зоны климатические не выявлял. Вообще вопросы понимания климата и механизмов его образования тогда были неясны.. только описательный уровень.

[turchin]

вопрос не совсем по теме. kweni , вы упомянулиб что парниковый эффект воды в 30 раз больше углекислого газа. и сейчас температура зели растёт. что мешает воде из мирового океана войти в петлю нагрева с положительной обратной связью?

[T101]

Уважаемый Kweni! А почему вы принимаете, что в раннем возрасте планеты уже имеет место синхронизация со звездой? Изначально она быть синхронизированной совершенно не обязана. А чтобы синхронизация установилась, необходимо довольно продолжительное время, процесс этот очень плавный, постепенный. В принципе, за это время жизнь могла возникнуть, а потом постепенно приспособиться. Возможно, что жизнь зарождается очень быстро (в подходящих условиях), а с какой скоростью вертелась планета в самом начале - не известно. К тому же, следует учитывать возможное влияние крупных спутников и других тел.

[Olweg]

Чтобы не ходить по замкнутому кругу, предлагаю рассмотреть формирование этой суперземли пошагово. Начиная со слияния протопланет или даже раньше.

[Nucleosome]

Из–за каких это граничных зон и каков механизм удержания воды в атмосфере?

вообще-то свет и тень имеют границу... И может быть ка кна Луне - там же есть полоса, где ЗЕмля восходит и садится... Ещё Лёд может плавится под собственным весом и из-под ледников на теневой стороне могут течь реки какие-никие, которые будут испарятся, попадая на освещённую сторону, ещё ледник на краях теневой сторону может языками, из-за неровностей рельефа (не логично же, что там будет одна сплошная равнина), сползать на освещённую, ещё могут быть вулканы, которые будут пробивать там дыры... Так что много чего может быть.
К тому же вопрос по сути сводится к тому, что будет идти быстрее - образование углекслого газа в атмосфере или образование и испарение воды. Судя по всему, насыщение атмосферы углекислым газом - процесс довольно меделнный, кроме того, в образовавшихся океанах в самом начале часть углекислого газа может задержаться - образовав нерастворимые соли...

[Тромбон]

Вообще-то мы таже ещё не очень-то знаем, в каком резонансе вращается Глизхе 581 б. Возможно, что она вращается не в резонансе 1:1, а 1:-1. И тогда солнечные сутки будут длиться 6,5 земных дней, что вполне нормально для жизни. Соответственно, средняя температура там должна быть около +60 С. Ну парниковый эффект добавляем, получая +90 С. Но вода кипеть не будет!

[T101]

Чтобы не ходить по замкнутому кругу, предлагаю рассмотреть формирование этой суперземли пошагово. Начиная со слияния протопланет или даже раньше.

По идее, если брать эпоху формирования планетной системы, там могло быть вообще что угодно. Даже в нашей Солнечной Системе стоит посмотреть хотя бы на Уран - сразу ничего не понятно, как он формировался и почему опрокинулся. С происхождением Луны - ближайшего к нам тела - и то "утвержденной" теории нет. И т.д. И это несмотря на то, что Солнечная Система достаточно доступна для непосредственных наблюдений. Соответственно на Gliese 581 тоже может быть что угодно...

Хотя, сделав серьезные допущения, можно попробовать что-нибудь посчитать

[Kweni]

to Ob_ivan

Вот, например, из античной "Астрономии" Гигина

2. Но чтобы не показалось некоторым удивительным, - ведь сфера, о чем мы сказали ранее,6 делится на шестьдесят частей, - что мы определили протяженность обитаемой зоны только от летнего круга до арктического, мы постараемся в свою защиту привести наиболее убедительные доводы. В самом деле, Солнце, проходя через центральную зону сферы, опаляет те области чрезмерным зноем. Поэтому та зона, что простирается от летнего круга до зимнего, зовется греками <сожженной землей>, поскольку и плоды не рождаются на сожженной земле, и люди не способны жить в чрезмерном зное.7 Крайние же области суши, лежащие за двумя кругами сферы, один из которых называется северным, а другой южным, необитаемы, начиная от арктического круга и, соответственно, от антарктического, ведь Солнце совершает движение всегда вдали от этих кругов, отчего в тех областях и дуют постоянные ветры.8 Хотя солнце и подступает к самому летнему кругу, от арктического оно все же оказывается далеко.
3. Что дело обстоит именно так, в этом нам поможет убедиться следующее рассуждение: когда Солнце достигнет зимнего круга, то в силу этого у нас, живуших ближе к нему, наступают сильные холода. Попробуем представить себе, какие морозы трещат в тех областях, что простираются еще дальше от нас! Поскольку это случается в нашей части сферы, следует признать, что такая же ситуация складывается и в другой ее части,9 в силу сходства действующих условий. Кроме того, это позволяет нам также понять причину сильнейшего холода в тех областях, что простираются дальше от нас, и жары - за летним кругом, ведь даже в обитаемой зоне Земли мы наблюдаем следующее: люди, живущие вблизи арктического круга, носят шаровары10 и подобного рода одежду, а обитающие вблизи летнего круга эфиопы имеют обожженные тела.11 Таким образом, для жизни пригоден весьма умеренный климат. Эта умеренная зона12 лежит между летним и арктическим кругом, так как пришедший из-за арктического круга холод, а из-за летнего круга зной, сойдясь в одном месте, делают центральную зону умеренной, пригодной для жизни. Итак, когда Солнце покидает эту область, зима подвергает нас неизбежным страданиям, потому что солнце не сдерживает начинающие дуть ветры. Поскольку такова ситуация в нашей части сферы, то мы считаем, что не исключена возможность того, что мы могли бы жить и в областях, простирающихся от зимнего круга до антарктического, ведь одинаковые условия порождают одинаковый результат. Что это достоверно13 - никто на том не настаивает, ведь никто не бывал в тех областях, будучи не в состоянии преодолеть лежащую посередине земную зону, необитаемую из-за жары. Но, видя обитаемой нашу область сферы, мы предполагаем, что и в другом полушарии может установиться та же совокупность условий.

Это и есть то, что я назвал древнегреческими представлениями о климатических зонах земного шара и их симметрии относительно экватора: выделение кругов - широтных поясов, определение степени тепла/холода каждого пояса и вывод, что в южном полушарии на широтах Греции тоже такой климат: "Поскольку такова ситуация в нашей части сферы, то мы считаем, что не исключена возможность того, что мы могли бы жить и в областях, простирающихся от зимнего круга до антарктического, ведь одинаковые условия порождают одинаковый результат."
Почему вы стали говорить о каких-то законах, климатических картах и механизмах образования климата, мне совершенно неясно. Если какой-то человек на форуме утверждал, что древним грекам был известен механизм образования климата, спорьте, пожалуйста, с ним, а не со мной.

turchin

вы упомянулиб что парниковый эффект воды в 30 раз больше углекислого газа. и сейчас температура зели растёт. что мешает воде из мирового океана войти в петлю нагрева с положительной обратной связью?

Что температура Земли растёт, я не упоминал. В самоускоряющийся нагрев Земле мешают войти ночь, зима и (в низких широтах) перенос воздушных масс в более высокие широты - и всё это в условиях тонкой атмосферы.

T101

Уважаемый Kweni! А почему вы принимаете, что в раннем возрасте планеты уже имеет место синхронизация со звездой? Изначально она быть синхронизированной совершенно не обязана. А чтобы синхронизация установилась, необходимо довольно продолжительное время, процесс этот очень плавный, постепенный.

Тут нужны расчёты, конечно, без них обсуждать этот вопрос бессмысленно. Но,если я правильно помню когда-то давно прочитанное, синхронизация близких к звезде планет устанавливается на удивление быстро.

Nucleosome

вообще-то свет и тень имеют границу... И может быть ка кна Луне - там же есть полоса, где ЗЕмля восходит и садится... Ещё Лёд может плавится под собственным весом и из-под ледников на теневой стороне могут течь реки какие-никие, которые будут испарятся, попадая на освещённую сторону, ещё ледник на краях теневой сторону может языками, из-за неровностей рельефа (не логично же, что там будет одна сплошная равнина), сползать на освещённую, ещё могут быть вулканы, которые будут пробивать там дыры...

Тогда получается планета, где на солнечной стороне горячая сухая пустыня, близ терминатора тёплая сухая пустыня, на теневой стороне холодная пустыня, покрытая частично льдом. И тонкая атмосфера. Поскольку такое состояние - это начальный период существования планеты, то и залежей льда на теневой стороне будет не очень много. Я не думаю, что вблизи терминатора, на границе света и тени будет жидкая вода - поскольку скорость ухода воды будет намного превышать скорость прихода - упрощённо говоря, тучки движутся куда быстрее ледников и конвективных потоков в мантии.  Впрочем, у меня нет особого желания спорить о языках ледников. В любом случае Глизе 581 располагается слишком близко от звезды, и  парниковый эффект с большим запасом предохранит эту планету от существования жизни, даже если бы другим факторам этого и не удалось бы сделать.


Тромбон

Соответственно, средняя температура там должна быть около +60 С. Ну парниковый эффект добавляем, получая +90 С.

Нет. Величина парникового эффекта зависит от содержания паров воды, это только на Земле парниковый эффект 30 градусов. На Земле при температуре +10 давление насыщенного пара 11 мм ртутного столба. При +60 же будет 200 мм ртутного столба. Поскольку при +60 может испариться в 200/11=18 раз больше воды, чем при +10, парниковый эффект (примем для простоты линейное приближение)будет тоже в 18 раз больше - не 30, а 545 градусов, то есть температура на планете составит +605. А поскольку при +605 может испариться ещё больше воды, то парниковый эффект ещё больше увеличится и температура ещё больше возрастёт. Это конечно очень грубая, исключительно неточная прикидка, но суть явления должна быть из неё ясна.

[turchin]

kweni, так почему земля не втягивается в этот цикл нагревания воды?