问伊森:地球上银河系中的其他地方是否有可能生存?


生命诞生的候选行星无疑正在经历灾难性事件和周期性灭绝。 如果生命注定要生存和发展,那么地球必须具有一定的生存条件。

我们的银河系中有数千亿颗恒星,其中许多行星的直径与地球大小相距不远,因此液态水可以留在它们的表面,因此生命有机会出现在整个银河系中。 至少我们是这样认为的。 但是,难道不是我们星球上的状况使我们与地球上出现和发展的生命分开吗? 这是读者问我们的:
如果我们的太阳系沿着银河系的边缘进一步发展,会发生什么? 如果我们到头了吗? 但是,如果我们的太阳系出现在中心而不是中央的巨大黑洞怎么办? 我们的气候会因此改变吗? 我们可以生存吗?

让我们看看在这种情况下会发生什么变化。


行星和小行星在形成过程中形成“沟”的原行星盘的插图。 外盘提供的材料最终会进入地幔,地壳,大气层以及像我们这样的行星海洋

我们非常了解过去45亿年来太阳系的发展方式。 由某种分子组成的气体分子云使其中的某些物质富集(按质量计约占2%的重元素,占28%的氦气和70%的氢)压缩并产生了新星。 其中之一注定要成为我们的太阳,它是由围绕它的原行星盘共同形成的,几乎所有恒星都会发生这种情况。

几千万年来,炎热的太阳使圆盘内部的物质蒸发,而较冷的外部部分向内下落并聚集在活跃的原子核周围。 最大的巨型世界拥有大量最轻的元素(氢和氦),而小小的岩石世界没有成功。 其他所有事情都是由引力相互作用完成的,引力相互作用决定了太阳系的当前外观。



地球和太阳系的许多特性看起来很特殊,但对于生命的出现可能并不是必需的。 与太阳系的其他岩石行星不同,只有地球上的卫星会引起潮起潮落并保持稳定的轴倾斜。 与许多其他恒星系统不同,我们的系统有一个巨大的木星-木星,它的位置比小行星带还要远。 而且,与银河系中的大多数恒星不同,我们位于旋臂弯曲的边缘,距银河系中心25,000光年。


我们银河系的结构非常清晰,包括太阳的位置。 如今,银河系中哪些恒星和恒星能够维持生命还不得而知。

在45亿年中,地球上的生命继续生存和发展,产生了越来越多的复杂性,多样性,并在DNA中编码了越来越多的信息。 我们经历了许多物种大灭绝,其中许多原因是我们无法确切知道的。 尽管所有物种中有30%至70%一次或一次消失,但在最后一个时期,自6500万年前的小行星坠落以来,地球上的生命并没有停止。 时间过去了,生物活动仍在继续。


不同时间间隔内灭绝物种的百分比。 已知的最大灭绝是发生在2.5亿年前的二叠纪大规模灭绝 ,其成因仍然未知。

但是,地球拥有生命所必需的所有属性吗? 什么样的星球可以导致一个与我们不同的生活故事,但是在它上面的生活是可能的?

除非我们在地球之外,在太阳系之外的行星上找到生命,否则这些问题的答案将不可避免地纯粹是推测性的。 但是这些都不是空洞的猜测。 这些是迄今为止具有最佳科学成就的理论陈述。 根据我们所知道的一切,我们相信,允许生活存在的条件比大多数人想象的要多样化和灵活得多。


当地球的北极最大程度偏离太阳时,它会最大程度地向位于地球另一侧的满月倾斜。 月亮稳定了我们的轨道,并减慢了我们的自转。 尚不清楚是否存在这样的卫星对于生命在行星上生长和维持是否必要。

以地球的大型卫星为例。 与它的引力相互作用保持了我们行星旋转轴的稳定性。 轴的当前倾斜度为23.5°,但在很长的间隔内,其范围为22.1°至24.5°。 在像火星这样的世界中,轴的倾斜现在与地球的倾斜几乎相同:大约25°。 但是每隔几千万年,它变化的强度是我们的十倍-从13°到40°。

这导致了火星不同纬度的重大气候变化,超过了地球上的任何冰期。 但是,只要寿命能够在温度的长期变化中生存或迁移到更可接受的温度区域,这就不是一个关键因素。 有趣的是,在过去的40亿年中,月亮的潮汐力也使我们的生存时间从大约8小时增加到了24小时。 显然,这丝毫没有影响生活。


主带小行星和特洛伊木星小行星在木星周围的移动可能受到一个巨型行星的影响,但仍不清楚相对于同一恒星系统但没有类似气体巨星穿越地球路径的小行星的数量是否会增加或减少木星的存在。

这与我们的太阳系中存在木星的问题非常相似。 是的,传统观点认为木星“清洁”了小行星带,并减少了小行星与地球碰撞的可能性。 但是实际上,在这个问题上有很多争论。 例如,请考虑以下问题:木星的存在会增加还是减少小行星向我们方向飞行的可能性? 木星起着干扰力的作用,随机地给通过它的一切提供额外的速度。 许多小行星将被扔掉,但许多稳定的小行星可能会变得潜在危险。 我们仍然不能完全确定这是否对生命的宇宙方程式产生了正面或负面的影响。


银河系和周围天空中恒星密度的地图,清楚地显示了银河系,大小麦哲伦星云,如果仔细观察, NGC 104位于小麦哲伦星云左侧, NGC 6205稍高一些,位于银河系中心的左侧, NGC 7078稍稍下面。 银河系共包含200到4000亿颗恒星,太阳位于距其中心约25,000光年的地方。

此外,关于哪些恒星能够维持生命还有争论。 它们不仅不需要太重且寿命短,而且也许还需要具有超过特定阈值的足够大的质量。 大多数恒星-约80%-是红矮星。 它们是昏暗的,会迅速进行行星的潮汐捕获 ,并经常发出大的闪光。 它们附近是否有可能生存,还是需要一颗更大的,像太阳一样的恒星?

那我们在银河系中的位置呢? 我们可以合理地谈论一些事情,例如有关足够数量的重元素的存在。 我们认为,要使岩石行星具有促进生命的成分,您需要具有足够的重元素。 没有它们,只会出现气体巨人,在它们上面不可能有各种碳化合物,没有它们就无法创造生命。


银河系中心在几个波长处的照片显示出恒星,气体,辐射和黑洞以及其他来源。 在那里收集了大量的材料,其中包括重元素和有机化合物,它们是生命所必需的。 但是必须有很多,否则生活将是不可能的。

但是这个门槛是多少? 为了使它起作用,是否需要大量的重元素? 如果他们将是我们的一半? 和十倍? 一百? 我们可以标记相对于星系中恒星位置的重元素的数量(天文学家称之为金属性) 。 我们可能会出乎意料地发现,如果恒星靠近银河系盘的平面,而不是太近,离星系中心也不太远,那么它们将或多或少与我们的恒星相似。 如果我们假设生命中必须克服一定的门槛,那么重元素的必要平衡实际上就存在于今天出现的大多数银河系恒星上。


银河中恒星的排列与其金属性(即重元素的存在)之间的关系。 从银河系中心到3000光年到几十光年不等的恒星显示出大量的重元素,这与太阳系中的非常相似。

当然,在某些地方生活条件太苛刻了。 一颗太重的恒星(比太阳大50%)寿命不足以达到地球上如此复杂的寿命。 太接近残酷的大灾难的有人居住的星球-例如来自超新星或伽马射线的闪光-可能会在其上失去生命,尽管对此存在争议,因为生命可以克服这种现象。 在恒星密度过高的地方,可以将行星简单地甩出其母恒星系统,或者以某种方式严重违反其轨道。 无论我们身在何处,发生此类事件的可能性都很小,但如果靠近银河系中心,它们本来会令人难以置信地增长。


在星系的中心有恒星,气体,尘埃和黑洞-所有这些都围绕着中心超大质量黑洞旋转并与其相互作用。 这些质量不仅对弯曲的空间起反应,而且对空间本身也产生曲率,因此,从恒星和行星的轨道下降而来的相互引力相互作用变得非常频繁。

我们认为,为了使生命成功发展数十亿年,需要三个基本要素:必须诞生生命,星球上的条件必须足够稳定才能继续生命,星球必须避免可能100%破坏所有生命的事件。 很难想象像火星这样的行星,生命就从此开始。 但是,如果地球的状况发生变化并变成生活无法接受的事情,或者万一所有生物都死于灾难,那么像地球的世界将无法运转。


从超新星和活跃的黑洞到中子星的汇合等等,整个银河系和整个宇宙都发生了灾难性事件。 因此,密密麻麻的恒星排列的空间区域对于生命的出现可能过于僵化,但是为了完全消除这种可能性,我们将需要比现在更多的证据。

然而,只有在银河最密集,最稀疏的地区,才有机会出现生命。 银河系中心由年轻的巨大恒星组成,紧挨着它们的生命处于最大危险之中。 在非常稀少的银河郊区,几乎不会出现生命。 据我们所知,生命一旦出现在地球上并开始居住,就很难根除。

我们绝对确定,地球出现后存在的条件导致了繁荣的生物圈的出现,但在我们看来,完全不同的条件也可能导致相似的结果。 在伟大的宇宙方程式中,不应抛弃生命在众多不同条件下生存和繁荣的机会。 毕竟,丛林,热泉和南极的雪-它们都充满了生命。 另一个星球可能不适合人类,但对于在其上长大的外星人来说可能恰到好处。

伊桑·西格尔Ethan Siegel) -天体物理学家,科学普及者,《爆炸的开始》的作者! 他写了《超越银河》( Beyond the Galaxy )和《追踪学:星际迷航的科学》( Treknology )一书。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN416997/


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