Планета Златовласка: почему Земля - ​​наш оазис

Наша планета кажется оазисом в бескрайних просторах космоса. Соседние планеты мало гостеприимны, и хотя мы приближаемся к высадке людей на Марс, жить там будет чрезвычайно сложно. Земля - ​​это то место, где мы тонко настроены на жизнь: не слишком жарко и не слишком холодно, но в самый раз - как каша в истории Златовласки.

Это не простое совпадение. Мы процветаем на Земле, потому что мы эволюционировали, чтобы жить здесь. Но не каждая планета находится в такой «зоне Златовласки» для жизни, какой мы ее знаем, а те, что есть, не гарантируют, что они будут чем-то вроде Земли.

Так что же делает нашу планету такой идеальной? И останется ли он нашим оазисом навсегда?

Наше место в космосе

Заманчиво думать о Земле как о замкнутой системе, безопасной и уютной в пузыре своей атмосферы, на которую не влияет то, что происходит в космосе. Но мы являемся частью гораздо более обширной среды, которая простирается далеко за пределы нашей планеты.

Жидкая вода и расстояние от солнца

Если планета находится слишком близко к своему солнцу, температура резко возрастает, и жидкая вода превращается в газ. Слишком далеко, и почти все замирает. Итак, вокруг каждой звезды есть золотая середина, где на поверхности планет может быть жидкая вода.

Но хотя расстояние до Солнца важно, это не единственная переменная, которая определяет наш дом в Солнечной системе. Во-первых, температуру планеты не всегда легко угадать, основываясь только на расстоянии от Солнца.

Обратите внимание на то, что Венера намного горячее, чем должно быть, а самая низкая температура Меркурия даже ниже, чем у Марса и Юпитера, несмотря на то, что Меркурий находится намного ближе к Солнцу.

Колеблющиеся, наклонные, эксцентрические планеты

От экстремальных значений Меркурия до сравнительно умеренных температур на Земле возможный диапазон температуры планеты часто является результатом того, как эта планета движется и ориентирована в космосе.

Разнообразие орбит

Вот несколько примеров того, как климат планет или лун может отличаться в зависимости от того, как они и их соседи перемещаются в космосе.

Приливные силы- это изменения гравитационных сил на объекте с течением времени, вызванные другими небесными телами. В крайних случаях приливные силы могут вызывать искажение формы планет и лун при их движении по орбите друг друга, что приводит к изменениям тепла, вулканической активности или океанских течений.

Осевой наклон- это угол наклонапланеты относительно объекта, вокруг которого она вращается. На Земле наш наклон дает регионам, расположенным ближе к северному и южному полюсам, четыре различных сезона, а в регионах, расположенных около экватора, тропический климат круглый год.

Осевая прецессия- это величина, на которую планеты и луны колеблются вокруг своей оси вращения. Подобно волчку с замедленным движением, это меняет направление, в котором обращены северный и южный полюса планеты, что, в свою очередь, влияет на интенсивность времен года.

Эксцентриситет орбиты- это то, насколько орбита планеты отклоняется от идеального круга. В настоящее время орбита Земли почти круговая. Планеты с более эксцентрическими орбитами могут иметь огромные различия в температуре по мере того, как они приближаются к Солнцу и удаляются от него.

Поэтому, хотя заманчиво думать, что наши приливы, дни, времена года и годы вечны, реальность такова, что они являются результатом грандиозного небесного танца с множеством движущихся партнеров. С чего мы начали в этом танце, с чем столкнулись, с чем мы рядом и как мы ориентируемся - эти факторы могут не только изменить продолжительность наших дней и лет, но и изменить наш климат. И они могут меняться и меняются со временем.

Но даже с этими циклическими изменениями Земле все еще, кажется, повезло в том, как она расположена, ориентирована и движется в космосе. Он не слишком наклонен, не слишком эксцентричен, не слишком шаткий и не слишком раздавлен окружающими силами.

Орбита Земли изменяется в грандиозных циклах, которые происходят за многие десятки тысяч лет. В совокупности они известны как циклы Миланковича, названные в честь сербского астронома Милютина Миланковича, который предположил, что эти изменения будут происходить.

По мере того, как наша орбита изменяется в этих великих циклах, меняется и наш климат - и считается, что крайние значения этих циклов являются катализаторами климатических циклов, в том числе во время крупных ледниковых периодов.

Эксцентриситет

В настоящее время Земля вращается вокруг Солнца по почти, но не совсем идеальному кругу. Поскольку это не совсем идеально, Земля испытывает на 6% больше солнечной энергии, полученной в январе по сравнению с июлем (планета немного ближе к Солнцу в январе по сравнению с июлем).

Но эксцентриситет Земли может так сильно измениться, что разница в солнечной энергии в течение года составляет от 20 до 30 процентов, что приводит к огромным изменениям температуры по мере того, как мы приближаемся к Солнцу и отдаляемся от него.

Этот цикл длится около 100 000 лет.

Осевой наклон

Наклон оси Земли в настоящее время составляет около 23,5 градусов, что дает нам четыре различных сезона (если вы не находитесь рядом с экватором). Но наклон планеты колеблется в пределах от 21,5 до 24,5 градусов. Чем больше мы наклонены, тем резче разница между летом и зимой, а чем меньше наклон, тем меньше разница.

Этот цикл длится около 41000 лет.

Осевая прецессия

Когда дело доходит до осевой прецессии или колебания планеты, полезно представить его как колебание волчка. Но вам нужно представить это в сверхзамедленном движении и происходящем с неизменной скоростью. Таким образом, хотя скорость колебания на самом деле не меняется, тот факт, что оно колеблется, означает, что наша планета с течением времени «сталкивается» по-разному.

Поскольку орбита Земли эксцентрична, цикл прецессии влияет на интенсивность наших сезонов. В настоящее время южное полушарие ближе всего к солнцу летом и дальше от него зимой. В других точках цикла ситуация меняется на противоположную: южное полушарие находится ближе всего к солнцу зимой и дальше от него летом.

Этот цикл длится около 26000 лет.

Действительно ли Земля находится в идеальном месте?

Когда мы сравниваем нашу планету с другими, казалось бы, негостеприимными, будь то в отношении нашего расстояния от Солнца, нашей орбиты или даже нашего климата, правильно ли использовать такие слова, как «идеальный», «удачный» или даже «сбалансированный»? ? Ведь все могло быть стабильнее. У нас есть сезоны, приливы, климатические циклы, которые включают ледниковые периоды и другие проблемы, которые являются результатом того, как Земля, наша Луна и соседние с нами планеты движутся в космосе.

Проблема с восприятием нашего места в космосе как «счастливого» заключается в том, что мы судим о нем на основе наших требований к жизни здесь, но наши требования к жизни здесь являются результатом проживания здесь. Если бы наша планета не имела наклона, например, жизнь на Земле могла бы развиваться, чтобы полагаться на отсутствие лета и зимы, и, возможно, мы бы рассматривали наклоненные планеты как необитаемые.

Итак, называть нашу планету совершенной - это результат кругового мышления, но этого кругового мышления трудно избежать. Мы никогда не встречали жизни за пределами Земли, поэтому мы не знаем точно, каков полный спектр возможных условий для жизни.

По сравнению с другими планетами Земля может казаться «идеальной» или «сбалансированной»… но это вопрос перспективы. Источник изображения: Брендан Холланд / Flickr.

Планета, подобная Земле, не обязательно будет для нас обитаемой, потому что мы так тесно связаны с историей нашего дома.

Развиваясь вместе с нашей планетой

Наша планета за свою 4,5-миллиардную историю была многолика: ландшафты, погода, климат… почти ничто не оставалось неизменным надолго. Вдобавок живые существа меняют планету, планета меняет живых существ, а живые существа меняют друг друга. Мы все являемся частью большой взаимосвязанной экосистемы живых и неживых существ.

Динамические неживые системы

Мы уже рассмотрели орбиту планеты, которая со временем может меняться и влиять на климат. Также меняется геология Земли, которая привела к драматическим изменениям, таким как образование гор или разделение земель. Однако, возможно, более важными для нашего выживания являются свойства нашей атмосферы.

Сильная жара Венеры (обычно достигающая температуры плавления 460 ° C / 860 ° F) вызвана безудержным парниковым эффектом. У него толстая атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, который, как и на Земле, улавливает тепло от солнца. Чем больше тепла он улавливает, тем плотнее становится атмосфера, и цикл продолжается. Факты свидетельствуют о том, что Венера и Земля могли когда-то быть очень похожими, но из-за небольших различий в условиях атмосфера Венеры смогла достичь критической точки, вызвав парниковый эффект и подтолкнув его к точке невозврата.

Неудержимый парниковый эффект привел к невероятно горячей температуре поверхности Венеры, которая достигает более 460 ° C. Источник изображения: НАСА / Wikimedia Commons.

Еще одна проблема - разреженная атмосфера. Без каких-либо тепловых ловушек, температура днем ​​и ночью колеблется до экстремальных значений. Кроме того, без атмосферы, улавливающей газы у поверхности планеты, нечем дышать. Это подводит нас к еще одному нашему требованию: к кислороду.

Жизнь и Земля, переплелись

Вплоть до 2,45 миллиарда лет назад в атмосфере почти не было кислорода. Затем, цианобактерии СЛОВАРЬцианобактериикрошечные организмы , что поведение фотосинтез превратить Солнце, вода и углекислый газ в углеводы и кислород -Первый известных существ поведения фотосинтеза, начал процветать. Они выпустили так много кислорода, что в конечном итоге он стал вторым по распространенности газом в нашей атмосфере. В конце концов, мы должны благодарить этих крошечных созданий за кислород, которым мы дышим сегодня.

Мог ли человек развиваться без кислорода? У нас, дышащих кислородом млекопитающих, этого точно не было бы, но, возможно, на нашем месте процветали бы другие виды. Важным моментом является то, что нам действительно нужен кислород, и поэтому нам действительно нужна планета с кислородом в атмосфере, независимо от того, вызвано ли это чем-то вроде цианобактерий Земли. Но это далеко не единственное наше требование - учитывать пищу, которую мы едим, одежду, которую мы носим, ​​лекарства, которые мы используем ... у нас есть длинный-длинный список причин, по которым мы полагаемся на растения, животных и более крупные экосистемы Земли.

Пригодность - это сложные отношения между жизнью и окружающей средой. Итак, даже если бы мы нашли далекую планету, которая идеально расположена для нас в космосе: не слишком близко и не слишком далеко от Солнца; один без экстремального наклона, орбиты или колебания; один с жидкой водой; один с терпимой атмосферой; и тот, который отвечает всем остальным требованиям, о которых мы даже не говорили (допустимая гравитация, отсутствие столкновений, состав атмосферы, наличие химикатов) ... нам все равно нужно будет упаковывать наши сумки большим количеством растений, животных и микробов. , и внедрить их таким образом, чтобы в результате в долгосрочной перспективе образовалась стабильная экосистема. Это большой вопрос. Возможно, жизнь на другой планете возможна, возможно, это научная фантастика. Нам еще многому нужно научиться.

Со временем живые существа меняют планету, планета меняет живых существ, а живые существа меняют друг друга. Источник изображения: Род Уоддингтон / Flickr.

Стабильность Земли, прошлое и будущее

Земля не всегда будет оазисом, каким он является сегодня. Раньше так было не всегда, и так не останется навсегда. Для нашей планеты не существует истинного «равновесия» - только фазы более или менее стабильности.

Но и мы не останемся прежними. Мы и наши потомки будем продолжать меняться со временем, как и другие живые существа. Так сможем ли мы и наши потомки всегда здесь жить?

Постепенное против внезапного изменения

Изменения - нормальная часть любой динамической системы, но одним из наиболее важных факторов нашего постоянного выживания является скорость изменений. Постепенные изменения будут происходить всегда: горы будут медленно формироваться, массивы суши будут расползаться друг от друга или приближаться друг к другу, луна будет постепенно удаляться от нашей планеты, появятся новые виды, а другие вымрут. Пока эти изменения происходят достаточно медленно, мы, вероятно, сможем понять, как выжить, используя свой мозг или полагаясь на очень постепенный процесс эволюции.

Внезапные изменения, однако, являются другой проблемой: из-за небольших эффектов, которые в конечном итоге вызывают резкие изменения или внезапные катализаторы, такие как столкновения астероидов, большие сдвиги в истории Земли отметили точки, где гибнет множество видов. Сегодня мы переживаем период экологического стресса из-за антропогенного ГЛОССАРИЯантропогенноговоздействия, вызванного изменением климата в результате деятельности человека. Может показаться, что изменение климата происходит медленными темпами, но это быстрое событие в масштабе времени нашей планеты, которое уже вызывает исчезновение видов.

Земля всегда меняется, и не все виды выживут. Скорость изменений важна - чем быстрее меняется планета, тем серьезнее становятся наши проблемы. Правообладатель иллюстрации: EUMETSAT 2015.

Окончательные пороги

Даже если мы сможем избежать нынешних и будущих бедствий для нашей планеты, наше выживание не гарантировано вечно. Со временем постепенные изменения могут переступить порог, за которым мы больше не сможем выжить. Для Земли значительный порог наступит примерно через миллиард лет: когда возрастающая яркость Солнца нагреет планету так сильно, что она перегреется, как Венера.

Итак, даже если мы являемся частью сложной сети жизни, если мы хотим, чтобы наши потомки - или вообще любая земная жизнь - выжили вечно (если это вообще возможно), нам, возможно, придется в конечном итоге переехать на другие планеты и дальше. Это нелегкий подвиг, и нам все еще нужно заботиться о нашей родной планете в далеком, обозримом будущем. Но если нам нужно переехать, не так ли?

Могли бы мы жить где-нибудь еще?

Создание постоянных колоний на Марсе или Луне - это один шаг к планетарной независимости, но если эти колонии могут выжить только за счет поставок с Земли, это не долгосрочное решение. Терраформирование ГЛОССАРИЙТерраформирование,преобразовывающее планету или луну, чтобы иметь возможность поддерживать жизнь на Земле - например, засевая ее растениями, изменяя ее атмосферу и климат, строя, изменяя ее горы и реки и т. Д., Может стать следующим шагом - но мы все еще далеки от того, чтобы это сделать. Тем не менее, однажды это может стать вариантом для превращения почти пригодных для жизни планет, таких как Марс, в места, которые могут лучше поддерживать колонии.

Что касается продолжающегося поиска экзопланет ГЛОССАРИЙэкзопланетыпланет за пределами нашей солнечной системы в нашем районе, открытия тысяч потенциально пригодных для жизни планет могут взволновать вас тем, что новый дом не за горами. Но на самом деле нам нужно научиться гораздо большему. Есть сомнения в том, что некоторые «планеты земного типа» действительно существуют, не говоря уже о том, подходят ли они для нас, не говоря уже о том, что они находятся на расстоянии многих световых лет от нас. И если мы действительно найдем подходящую пару, мы все равно столкнемся с нехваткой экосистем Земли, необходимых для нашего долгосрочного выживания.

Итак, мы на Земле - на нашей планете Златовласки. Его положение и движение в пространстве делают его не слишком горячим и не слишком холодным. У нас есть жидкая вода, приличная атмосфера и множество источников еды. Мы все еще сталкиваемся с множеством проблем, и наша планета страдала от некоторых колебаний и столкновений, но пока мы все это пережили.

Мы прекрасно настроены жить здесь, потому что это среда, в которой мы и наши предки выросли. Она содержит наших собратьев и нашу пищу. На Земле мы являемся частью большой экосистемы живых и неживых существ. Нет никаких гарантий, что Земля будет подходить для нас навсегда, но она будет нашим единственным домом в обозримом будущем, поэтому нам нужно заботиться о ней.