Обитаемость систем коричневых карликов

[vika vorobyeva]

Итак, коричневый карлик раз в сто массивнее Юпитера, максимум излучения которого приходится на ближний ИК-диапазон окружен компактной системой планеток типа Седны и Плутона с Титаном.

Коричневый карлик раз в 100 массивнее Юпитера будет обычной звездой главной последовательности спектрального класса М
Давайте рассмотрим объект 15 масс Юпитера, так интереснее

[vika vorobyeva]

Предлагаю взять за основу коричневый карлик спектрального класса Т (температура поверхности чуть больше 1000К или 700-900С). На человеческий глаз должен выглядеть как тускло-багровый, на грани цветового восприятия, диск. Максимум излучения такого объекта будет в районе 8-10 мкм.

[vika vorobyeva]

Прекрасно. Исходные данные получаются такими: центральный объект массой 40 юпитерианских, радиус 1,5 радиусов Юпитера, объект достаточно стар для того, чтобы иметь поверхностную температуру 700-800С (более молодые объекты этой массы имеют спектральный класс L и температуру поверхности 2-2,5 тыс. градусов). Его болометрическая светимость оказывается в районе 10^-5 светимости Солнца, почти вся она будет в инфракрасном диапазоне.
Что с планетами? Орбиты, массы и проч.? Какую систему возьмем за образец (Юпитера с несколькими спутниками примерно одинаковой массы и размера, или Сатурна с одним большим спутником и всякой мелочью)?

[vika vorobyeva]

"Коричневые братья" будут иметь интересное видение мира: Наш желтый цвет будет для них "синим", обеспечивая сумеречное зрение в отсутствие "инфракрасного  светила", при осредненном звездном спектре внешнего освещения. Наш ближний ИК будет для них "зеленым", дальний - "красным".

Не факт. Тут очень многое зависит от прозрачности атмосферы планеты. В ближнем ИК-диапазоне (как раз около 8-10 мкм) лежат мощные полосы поглощения воды, углекислого газа, метана и прочих вероятных атмосферных составляющих, так что область максимума излучения нашего Супер-Юпитера может быть "съедена" непрозрачной атмосферой. И "коричневым братьям" придется довольствоваться светом звезд, радиоволнами или вообще обходиться без зрения (пользоваться эхолокацией, например).

[vika vorobyeva]

Что можно сказать сразу.
Поскольку болометрическая светимость Супер-Юпитера очень низка, экосфера (зона комфортных температур) оказывается очень сильно "прижата" к нему. А на таких малых расстояниях приливное влияние Супер-Юпитера будет велико, и все его планеты (кроме самых внешних) будут находится в резонансе 1:1 (время одного оборота вокруг своей оси равно времени облета Супер-Юпитера, т.е. все планеты будут обращены к нему одной стороной).
Таким образом "Вторую Землю" получить все равно не удасться, одно полушарие будет хронически перегрето, второе хронически в тени и холоде.
Но! Если у Супер-Юпитера кроме "Титана" будет еще пара крупных спутников, можно получить приливный разогрев недр "Титана" за счет возмущений его орбиты другими спутниками и активный вулканизм на нем с образованием:
- атомосферы
- гидросферы
Причем даже если гидросфера окажется подо льдом ("Европа"), это не исключает наличия на ней разумной жизни ("осьминогов") и жизни вообще, основанной на хемосинтезе и энергии подводных фумарол.

[vika vorobyeva]

Это у Ефремова класс был Т

Спектральный класс Т был введен официально для описания спектров низкотемпературных коричневых картиков с температурой поверхности 1-1,5 тыс. градусов (ссылаюсь на Сурдина и его книгу). Спектры характеризуются мощными полосами поглощения метана и воды. В атмосфере присутствуют пылевые облака и прочие интересные подробности, прослеживаемые по спектрам.
Дома еще посмотрю в книге, вдруг чего забыла

[vika vorobyeva]

Если планета повернута к КК одной стороной, то на этой стороне будет вполне прилично даже 0,06-0,07 а. е., в смысле тепла.

Боюсь, что атмосфера вымерзнет на противоположной стороне
Хотя, если она будет достаточно плотной и вращаться гораздо быстрее самой планеты (как атмосфера Венеры), то температурные контрасты будут в значительной степени сглаживаться.
Трудно даже представить метеорологию такого странного мира...

[vika vorobyeva]

Итак, что у нас получается.
У Сурдина в его книге «Рождение звезд» описан прототип Т-карликов коричневый карлик Gl 229b. Его масса оценивается в 0,025-0,065 солнечных масс, радиус 0,9-1,1 радиуса Юпитера, эффективная температура 950-1050К. Похоже, это неплохой портрет нашего Супер-Юпитера
Как он будет выглядеть. Я думаю, размерами и быстрым вращением напоминая Юпитер, он и выглядеть будет примерно как Юпитер, т.е. будет «полосатым», покрытым лентами струйных течений. Человеческий глаз начинает видеть темно-вишневое свечение объекта, если он нагрет до 600С (900К), а значит, наш Супер-Юпитер будет светиться темно-вишневым светом. При этом высокие облака в его атмосфере будут холоднее, а значит, выглядеть почти черными, а более низкие облака будут горячее и светиться ярче. В результате получается картина темно-багрового диска в полосах темных облаков.

Согласно Сурдину (ссылаюсь все на ту же книгу) болометрическая светимость коричневого карлика с массой 0,04 солнечных составляет примерно 10^-4 солнечной светимости через миллиард лет после его формирования и 10^-5 через 10 миллиардов лет (т.е. он постепенно остывает).
Возьмем для оценок первое значение. Чтобы на нашей планете существовали комфортные температурные условия, большая полуось ее орбиты должна быть менее 0,01 а.е. или 1,5 млн. км. Возможно ли это?
Среднее расстояние от Ганимеда до Юпитера 1,07 млн. км, от Каллисто до Юпитера 1,88 млн. км, среднее расстояние от Титана до Сатурна 1, 22 млн. км. То есть в экосфере нашего коричневого карлика скорее всего БУДЕТ планета подходящих размеров (или даже две).
Теперь о планете.
Если мы хотим иметь на ней жизнь (а не просто мощную атмосферу), атмосфера должна состоять в основном из достаточно инертных газов (азот, неон или аргон). Почти весь углекислый газ растворится в воде и образует карбонаты, в противном случае получим сухой безжизненный мир вроде Венеры. Одно полушарие всегда освещено, на другом вечная ночь. Получается мир, подобный миру «Джека из Тени» Р. Желязны с восточным и западным полюсами (восточный полюс – подсолнечная точка, западный – на противоположной стороне планеты). Атмосфера не вымерзает из-за глобальной циркуляции и тепловой инерции, но конечно, на темной стороне планеты жизнь будет несравненно беднее, чем на освещенной (если, конечно, эта жизнь вся целиком не сосредоточена в океанах) – там нет растений, а значит, очень мало пищи – пищевым цепочкам не на что опираться.
Пусть жизнь сосредоточена в океанах. Тогда зрение у местных жителей должно практически отсутствовать (красные и ИК-лучи очень хорошо поглощаются водой), а вместо него для ориентирования широко применяться эхолокация. Как вариант – возможно очень чувствительное зрение, если подводные организмы сами будут освещать себе дорогу, как это делают глубоководные обитатели земных океанов. Источником энергии в этом случае будет служить подводный вулканизм, фумаролы и хемосинтез. Возможно также образование планктона, плавающего в самом верхнем поверхностном слое воды и как-то умудряющегося фотосинтезировать, поглощая ИК-излучение Супер-Юпитера.
В общем, разумный осьминог в таком случае мне кажется наиболее вероятным кандидатом в «коричневые братья по разуму»

[vika vorobyeva]

Ну, кстати, глаза могут сформироваться и после выхода на поверхность, развившись из какой-нибудь термочувствительной железы То есть, у наземной жизни могут быть глаза.

Надо еще посмотреть, начиная с какой длины волны (со стороны длинных волн) атмосфера становится непрозрачной для ИК-излучения. В любом случае наземным существам для зрения остается очень узкий диапазон от ~ 0,7 до 2-3 мкм (в области более коротких волн Супер-Юпитер почти не излучает, в области более длинных волн непрозрачна атмосфера).
С другой стороны, и у человеческого глаза диапазон воспринимаемых частот довольно узок, так что все может быть Тогда "наш" красный свет будет ими восприниматься как синий, а "красным" будет цвет, соответствующий границе прозрачности атмосферы (допустим, 2 мкм). Или они просто будут иметь монохроматическое зрение, как большинство животных на Земле.

[vika vorobyeva]

Цивилизацию, созданную разумными осьминогами, очень сложно сравнивать с человеческой цивилизацией. Живя в воде, они могут вообще не пользоваться огнем и порохом, а пойти, например, по пути биологической цивилизации, не создавая свои орудия, а выращивая их на неких «генетических фермах». Или – модифицировать свое собственное тело так, что бы эти орудия вырастали из него усилием воли Воздух и суша будут для них враждебной средой, как для нас ближний космос или, допустим, стратосфера, и будут осваиваться с трудом и неизбежными жертвами.
Не думаю, что такие существа заинтересуются космосом, хотя кто их знает, конечно…

[vika vorobyeva]

Так что надеяться все-же можно только на наземные формы, которые появятся там гораздо позже, чем здесь. Рано или поздно, в ходе эволюции, внутренний или внешний  скелет все-же возникнет.

Боюсь, многоклеточная жизнь выползет на сушу в том (и только в том) случае, если появятся наземные растения, способные усваивать фотоны ИК-диапазона. В противном случае суша останется необитаемой не только для разумной, но и для мало-мальски сложной многоклеточной жизни. Если нет растений, пищевым цепочкам не на что опираться. Можно, конечно, питаться прибрежной тиной, но это приведет к появлению "дождевых червей" и прочих "околоводных тварей, утилизующих отходы", но никак не высших животных и разумных существ.
Оазисы жизни и расцвет видообразования будут в районе подводных фумарол, где много пищи и энергии для хемосинтеза. Там и надо (на мой взгляд) искать очаги разума.

[vika vorobyeva]

Возможно, Вы и правы, я не биолог и не могу Вам аргументированно возразить
В любом случае "коричневые" будут сильно отличаться от нас и внешне, и внутренне. Вряд ли они будут хордовыми, и уж тем более вряд ли они будут приматами (по полному отсутствию на суше деревьев)
Вообще, если рассматривать все эволюционное древо на Земле, то видно, насколько разными путями идет эволюция. Вершина эволюции моллюсков - осьминоги - отрастили себе глаза совершенно независимо от насекомых и от хордовых, но вот все остальное у них устроено совершенно иначе. Пищевод, пронзающий мозг, у осьминогов, фасеточные глаза у насекомых, обитатели глубоководных фумарол вообще ни на что не похожи... Если бы мы видели только хордовых и наблюдали бы за развитием только хордовых - мы могли бы самонадеянно считать, что биологическая эволюция в любом мире породит хордовых и "коричневые братья" будут в значительной степени похожи на нас самих. Но биологическая эволюция породила и термитов с их сельским хозяйством и социальной иерархией, и осьминогов, и дельфинов, и нас с вами - я уверена, что в других мирах она породит такие формы жизни, которые мы сейчас не можем даже вообразить.

[vika vorobyeva]

Я тоже не биолог. но "неизбежность двунога", как говорят биологи.

Практика показывает, что большинство наземных животных предпочитает передвигаться на четырех конечностях или вообще без конечностей (змеи). Так что на месте упомянутых Вами биологов я бы не была столь категорична  
Кроме того, изначально конечностей могло бы быть и 6, и 8 (насекомые, пауки). В том числе и у хордовых. Как Вам идея дракона или кентавра? Очень удобно, и масса новых возможностей открывается

[vika vorobyeva]

Лет через 20-30 (а может, 40-50) человечество запустит в космос с десяток 8-метровых телескопов, сделает из них километровый интерферометр и сможет наблюдать планеты ближайших звезд непосредственно, как мы сейчас наблюдаем спутники планет Солнечной системы. Кроме изображения внесолнечной планеты можно будет получить ее спектр (в том числе и в ИК-диапазоне). Наличие в ИК-спектре планеты сильных полос воды при одновременном нахождении планеты в комфортной температурной зоне скажет нам, что эта планета БЛАГОПРИЯТНА для жизни. Но действительно ли на ней есть жизнь, по спектру не определишь. Или определишь?
Идея, собственно, простая. Если так или иначе, тем или другим способом по спектру планеты можно определить, что на ней есть жизнь, то мы считаем отношение реально обитаемых планет к числу планет, благоприятных для жизни. Если отношение близко к единице (каждая или почти каждая благоприятная для жизни планета оказывается также и обитаемой), то жизнь закономерно образуется всюду, где для этого есть подходящие условия. Если же это отношение близко к нулю, значит, зарождение жизни - редчайший процесс, Земле сильно повезло и можно обращаться к идее Божественного творения, направленной панспермии или уникального сочетания благоприятных факторов, о которых говорит Markvol.

[vika vorobyeva]

Кроме того, КК время от времени вспыхивают наподобие красных карликов, и очень мощно. Это может вызвать неприятные последствия для биосферы.

Вот и я о том же Зачем разумным осьминогам вылезать из океана? Мало того, что суша безжизненная, так еще и солнышко родное вспыхивает ярче в несколько раз и поджаривает всех неосторожно вылезших.
Кстати, при наличной мощной магнитосферы у КК наша планета может оказаться погруженной в его радиационные пояса и иметь на поверхности очень приличный уровень радиации. Особенно если у планеты отсутствует (или слабо) собственное магнитное поле. Зато полярные сияния будут освещать небо от полюсов и до экватора

[vika vorobyeva]

Как мне кажется, главная проблема наших поисков жизни во Вселенной состоит в том, что мы не знаем, насколько закономерен и неизбежен процесс ее возникновения. До сих пор совершенно неясно, является ли самозарождение жизни следствием уникальной счастливой случайности, или жизнь появляется везде, где для этого складываются подходящие условия.
В настоящий момент почти очевидно, что мест, благоприятных для жизни, во Вселенной ОЧЕНЬ МНОГО. Плотные газопылевые облака, из которых образуются звезды и планетные системы, содержат органические молекулы вплоть до этилового спирта и простых сахаров. Открыто множество планетных систем, демонстрирующих огромное разнообразие своих параметров. Планеты открыты у двойных звезд, у солнцеподобных звезд, у маломассивных звезд главной последовательности, у коричневых карликов… Богатые регулярные системы спутников у планет-гигантов тоже можно считать «мини-планетными системами» Говоря короче, наличие планетной системы – скорее правило в мире звезд, чем исключение.
Интересный мысленный эксперимент, предложенный Бобом, показал, что даже в системе коричневого карлика планеты могут попадать в зону обитаемости и иметь на себе условия, благоприятные для наличия и развития жизни. То, что верно для коричневого карлика, тем более верно для обычного красного карлика, т.е. звезды главной последовательности спектрального класса М. А ведь таких звезд в Галактике подавляющее большинство, и живут они долго. Даже если не в каждой планетной системе в зоне обитаемости окажется подходящая планета, все равно количество подходящих для обитания планет в Галактике оказывается ОГРОМНЫМ.
Ну и что, спросите вы. Если так, то где они все, обитатели этих планет?
Не претендуя на истину, я выскажу свое мнение.
Мне кажется, что Земля – скорее исключение в мире обитаемых планет. Я думаю, наиболее типичная обитаемая планета – это «Европа» с подледным океаном, вращающаяся вокруг красного карлика, а наиболее распространенный тип разумных существ – условно говоря, разумный осьминог  Даже на Земле жизнь первые 3 миллиарда лет была сосредоточена в океанах, на большинстве других обитаемых планет она может там и остаться. Суша для водных обитателей может оказаться не менее смертоносной, чем для нас открытый космос (холод, радиация, возможно, вакуум, внезапно возросшая сила тяжести, более не скомпенсированная архимедовой силой, и пр.) Ойкумена таких существ будет ограничена океаном, их мир будет замкнут. Они не будут мечтать о звездах, потому что не будут их видеть. Источником тепла и жизни для них будут недра их собственной планеты. Мысль о межзвездной связи просто не придет им в голову, а если и придет, то лишь как фантастическая умозрительная идея, на которую никто не будет тратить сил и ресурсов (количество которых неизбежно будет строго ограничено).
В этом смысле очаги разума могут находиться рядом, буквально в нескольких парсеках друг от друга, но миллионы и десятки миллионов лет эволюционировать совершенно самостоятельно, безо всяких связей и взаимодействия.

[vika vorobyeva]

Кстати, ведь насколько я понимаю (не будучи специалистом в этой области) планеты гиганты вместе со своими спутниковыми мини-планетными системами не могут образовываться в зоне жизни (исходя из истории образования солнечной системы), в то же время все эти открытые горячие юпитеры наводят на мысль, что все же могут.

Загляните сюда:
http://www.extrasolar.net/mainframes.html

На этом сайте в наглядной и доступной форме представлены сведения об экзопланетах, известных на данный момент. Там есть «горячие юпитеры», холодные юпитеры, очень эксцентричные юпитеры с орбитами, более подходящими кометам, и юпитеры, чья орбита проходит аккуратно по середине обитаемой зоны  Горячих юпитеров больше прочих, но я думаю, что это исключительно эффект селекции (планету, близкую к звезде, при прочих равных проще обнаружить).
В общем, мир планетных систем оказался не менее разнообразным, чем мир звезд.

[vika vorobyeva]

Тем не менее,  даже при писсимистических оценках в нашей галактике могут быть десятки и даже сотни цивиллизаций значительно удаленных от нас и во многом от нас отличных.

Боюсь, что при САМЫХ пессимистических оценках в нашей Галактике могут быть сотни тысяч планет, очень похожих на Землю – теплых, мокрых, уютных, с облаками, реками, океанами и синим небом – но при том совершенно безжизненных (если вероятность самозарождения жизни окажется исчезающе мала)…  

[vika vorobyeva]

есть вероятность обнаружения землеподобных планет без жизни, т. к. эволюционно к современному составу атмосфера может прийти и другими, небиогенными путями.

К современному составу атмосферы Земли, планета самостоятельно (без жизни на ней) придти не может. Кислород - очень активный газ, и, будучи в свободном состоянии (в виде молекулы О₂), легко вступает в различные химические реакции. Если завтра неведомая сила уничтожит всю жизнь на Земле, то уже через несколько тысяч лет кислорода в атмосфере Земли практически не останется.
Такая, подобная нашей, но безжизненная планета может иметь преимущественно азотную атмосферу (подобно Титану) и/или атмосферу из инертных газов (например, смеси неона и аргона). При наличии "настоящих" (больших и глубоких) океанов плотной углекислой атмосферы не будет, так как СО₂ легко растворяется в воде и связывается с вулканическими горными породами с образованием карбонатов. Дополнительно в атмосфере этой планеты должны быть пары воды, следы кислорода (от диссоциации молекул воды ультрафиолетовым излучением звезды с последующей диссипацией водорода), немного углекислого газа – ну и, наверно, все…

[vika vorobyeva]

Отлично, мы пришли к единому мнению

На самом деле мне, как и MaxxSoft`у, очень сложно представить подходящую для жизни планету – и при этом совершенно безжизненную. Насколько я понимаю, для предбиогенного синтеза различной органики вплоть до аминокислот и сахаров требуется только одно важное условие: среда не должна быть окислительной. Она может быть восстановительной (водород, сероводород, метан, аммиак, вода) или слабо восстановительной (сероводород, угарный газ, вода, азот), в любом случае при пропускании электрических разрядов через вышеупомянутые смеси газов образуется сложная смесь разнообразных органических веществ. Та же смесь образуется, если электрические разряды заменить ультрафиолетовым излучением или радиоактивным облучением. То есть на подходящей для жизни планете практически ГАРАНТИРОВАННО синтезируются сложные органические вещества – тем или другим способом, так или иначе. Вопрос в том, что происходит с ними в дальнейшем, как предбиологическая эволюция переходит в биологическую.
Насколько я понимаю, здесь пока ничего не ясно