Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 334

Невского района Санкт-Петербурга

______________________________________________________________

Существует ли жизнь за пределами Земли?

Автор: Гладун Светлана Николаевна,

учитель физики и астрономии

ГБОУ школы №334 Невского района

Санкт-Петербурга.

2018

Санкт-Петербург

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………3

Раздел 1. Условия жизни на Земле…………………………………………………….3

Раздел 2. Жизнь на планетах Солнечной системы…………………………………....4

Меркурий………………………………………………………………………...4

Венера……………………………………………………………………………5

Марс………………………………………………………………………………5

Раздел 3. Жизнь на спутниках планет-гигантов Солнечной системы……………….6

Раздел 4. Жизнь на астероидах Солнечной системы………………………………….7

Раздел 5. Жизнь за пределами Солнечной системы…………………………………..8

Раздел 6. Как может выглядеть жизнь на других планетах?.........................................9

Заключение……………………………………………………………………………...11

Введение

Является ли Земля единственной обитаемой планетой во Вселенной? Может ли жизнь существовать на других небесных объектах? Существует ли внеземная жизнь? Люди давно задумывались об этом. Астрономы искали жизнь за пределами Земли уже многие годы с помощью телескопов, астрономических экспедиций.

Последние открытия астрономов поражают наше воображение. Они позволяют приоткрыть завесу над тайной возникновения и существования жизни во Вселенной. Какие условия необходимы для существования жизни? Наличие каких элементов на планете дает возможность зародиться живым организмам?

Ученые смогли выявить планеты во Вселенной, которые напоминают наш дом – Землю. Эти небесные объекты находятся не только в Солнечной системе, но и далеко за ее пределами.

Итак, какие же условия необходимы для возникновения и развития жизни на планетах? Во-первых, это наличие органических соединений молекул кислорода, водорода, углерода, во-вторых – наличие жидкости, подобной воде, и в-третьих – источник энергии, который дает питание организмам.

Раздел 1. Условия жизни на Земле.

П родолжительность существования Солнечной системы составляет около 5-6 миллиардов лет, продолжительность существования жизни на Земле – несколько миллионов лет, а продолжительность сознательной жизни человечества – около двух тысяч лет. Для существования жизни человека необходимо наличие особой среды – воздуха, воды, оптимальной температуры, питания. Совокупность всех этих условий на сегодняшний день существует только на Земле. На сегодня исследовано большое количество планет в различных звездных системах, но ни на одной пока не обнаружено наличие жизни подобной земной. С другой стороны, представляя себе бесконечность Вселенной можно предположить, что не исключен вариант существования жизни в каком-нибудь отдаленном уголке.

Почему же возникла жизнь на нашей планете? Зарождение жизни на Земле не произошло само по себе, а совершилось, благодаря благоприятным условиям. Главное условие – масса и размеры нашей планеты: если масса планеты больше, чем одна двадцатая массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции, как внутри Юпитера и Сатурна. Следующее важное условие – наличие воды. Вода обладает высокой теплоемкостью, слабой теплопроводностью, при замерзании она расширяется, является хорошим растворителем. Третий важный элемент – углерод. На Земле он присутствовал в виде графита и карбидов, при взаимодействии с водой, который образовал углеводороды. Четвертым важным условием является внешняя энергия – лучистая энергия Солнца, его ультрафиолетовое излучение, энергия атомного распада природных радиоактивных веществ. Переход от органических соединений к живым организмам произошел, когда появились вещества, подобные белкам.

Как же на Земле появились моря? В соответствии с известной теорией, Земля образовалась из облака космической пыли, в которую входили все известные химические элементы. При сжатии газопылевого шара, который был раскален докрасна, горячий водяной пар вырвался с его поверхности. Пар превратился в облака и медленно остывал, образовалась вода. Эта вода выпадала на поверхность планеты в виде обильных осадков, после чего Земля медленно остывала. Осадки испарялись, превращаясь в атмосферу. Постепенно поверхность становилась более твердой – образовалась земная кора. А в дальнейшем при понижении температуры ливневые воды перестали испаряться и стекали в огромные лужи. Произошел настоящий потоп. Вода беспрерывно низвергалась на Землю, обрушиваясь из облаков в виде мощных ливней с громом и молниями. Воды стало так много, что она не успевала испаряться, образовался доисторический океан. Но на Земле еще не было жизни. Ливни размывали земную поверхность и кое-где стали появляться долины. Содержание воды в атмосфере уменьшалось, а на поверхности – увеличивалось. Из верхних слоев суши вода вымывала огромное количество растворимых минералов и солей, которые попадали в море. Происходило постепенное засоление морской воды.

В дальнейшем произошло возникновение органической жизни при тех условиях, которые образовались на нашей планете.

Раздел 2. Жизнь на планетах Солнечной системы.

Меркурий.

Меркурий – это мир крайностей. Перепады температуры на этой планете от 450 ^оС на солнечной стороне до -173 ^оС в тени. Вряд ли когда-либо там могла существовать жизнь. Атмосфера Меркурия, хоть и значительно разрежена, содержит три элемента: кислород, водяной пар и метан. Почему же там нет жизни? Во-первых, уровень кислорода слишком низкий, во-вторых экстремальные температуры, в-третьих, на планете нет жидкой воды, есть только водяной лед. А давление на поверхности Меркурия очень низкое, и постоянно происходят бомбардировки элементарными частицами, входящими в солнечный ветер.

Венера.

С древних времен люди восхищались этой планетой, задавались вопросом: есть ли жизнь на Венере? С середины прошлого века стало известно, что жизни на Венере нет. Венера находится очень близко к Солнцу, ее поверхность окутана плотной атмосферой, отсюда сильный парниковый эффект (до +462 ^оС), а атмосферное давление примерно в 92 раза больше земного. При таких условиях существование жизни, подобной земной, невозможно. И только в верхних слоях венерианской атмосферы условия относительно приемлемы для жизни, не исключены другие формы существования организмов – микробов, подобных тем, что были обнаружены в земной.

По результатам исследований зондов «Венера», «Магелан», «Пионер-Венера» в верхних слоях Венеры обнаружены сероводород ( ) и сернистый газ ( ), а также сульфид карбонила (О=С=S). Образование этих газов на Земле происходит при участии микроорганизмов. Кроме того, спускаемы аппарат «Венера-12» обнаружил присутствие хлора на высотах 45-60 км, аэростатные зонды «Вега-1 и -2» это подтвердили. Таким образом, на этой высоте возможно наличие микроорганизмов, которые поглощают ультрафиолетовое излучение Солнца, используя его как источник энергии.

Марс.

Ученые предполагают, что на Марсе, возможно, была жизнь задолго до того, как она появилась на Земле. Пока доказательств этому нет (марсоход «Кьюриосити» тщательно изучил данный вопрос), но исчерпывающий ответ нам даст марсоход NASA (миссия 2020 года). На сегодня известно, что на Марсе текли реки, а значит, была атмосфера. Может б ыть, жизнь существовала раньше, а теперь ушла под землю, а может она возникнет в будущем, ведь там сильная радиация, тонкая прослойка воздуха и низкие температуры.

Исследования «Кьюриосити» показали, некоторые из крупных молекул на основе углерода остались в почве и они не являются продуктом самого марсохода. Дальнейшие миссии должны искать жизнь под поверхностью планеты, придется углубиться на 2-3 метра. Также «Кьюриосити» выявил, что жидкая вода выходит на поверхность Марса и замерзает. Возможно, из глубин и появились эти молекулы. На поверхности планеты жизнь микроорганизмов маловероятна из-за сильной радиации. И хотя обнаружение молекул углерода не является прямым доказательством существования жизни на красной планете, ученые хотят исследовать данный вопрос и идентифицировать живых существ на Марсе, поскольку они могут быть опасны для людей.

Раздел 3. Жизнь на спутниках планет-гигантов Солнечной системы.

Титан.

Т итан – крупнейший спутник Сатурна. Возможна ли жизнь на Титане, и сегодня остается открытым вопросом. Он значительно холоднее Земли, на его поверхности нет жидкой воды, но там есть озера жидкого метана и этана, а еще реки и моря из этих же элементов. Даже осадки выпадают метановые. На Титане также, возможно, есть подповерхностный жидкий океан, состоящий из аммиака и воды.

Во многих отношениях крупнейший спутник Сатурна Титан является одним из самых похожих на Землю миров, которые мы обнаружили на сегодняшний день», говорит NASA на своем веб-сайте. «Благодаря своей густой атмосфере и органической химии, Титан напоминает замороженную версию Земли, какой она была несколько миллиардов лет назад, прежде чем жизнь начала накачивать кислородом нашу атмосферу».

Для защиты от солнечной радиации у Титана есть атмосфера из азота, она плотнее земной на 50%, а также магнитное поле. Температура там очень низкая – в среднем около -180^оС. Благодаря этому, колонистам не нужны будут скафандры, а всего лишь теплые костюмы и респираторы.

Из исследований зонда NASA «Кассини» стало известно, что на Титане в сотни раз больше жидких углеводородов, чем всех известных запасов нефти и природного газа на Земле. Энергию люди могли бы получать из этих соединений, если бы существовал способ горения без присутствия кислорода.

Также возможна выработка энергии из окружающей среды Титана. Например, при изучении возможности различных материалов для фотовольтаических элементов возможно извлечение большей солнечной энергии. Возможно использование энергии рек и озер, ветра. Энн Хендрикс, ученый некоммерческого Института планетарных наук, говорит следующее: «Я предполагаю, что, как и на Земле, на Титане будет полезной комбинация источников энергии. В частности, солнечной энергии (с применением больших массивов элементов) и ветряной (с использованием воздушных турбин)». 

Когда-то в будущем возможно поселение колонистов на Титане. При этом они смогут вырабатывать энергию для всех своих нужд на данном небесном теле. Например, солнечные панели, покрывающие, например, 10% поверхности Титана, могли бы вырабатывать энергию, необходимую для удовлетворения нужд 300 миллионов человек. Разумеется, пока это лишь предварительная оценка. 

Поселения людей на Титане можно себе представить в виде пластиковых куполов, наполненных кислородом для дыхания, которые будут иметь много свободного пространства. Здесь человек смог бы летать, так как Титан имеет слабую гравитацию (почти как у Луны), а плотная атмосфера дала бы возможность лететь, используя искусственные крылья. Скорость свободного падения составляет всего одну десятую земной, поэтому вы бы не смогли разбиться, а только мягко приземлиться.

Но используя современные технологии, добраться до Титана мы пока не можем. Путешествие до Титана займет около семи земных лет и потребует более мощных двигателей, чем при полете до Марса. Если развивать науку, совершенствовать двигатели и технологии защиты от радиации, то, возможно, когда-нибудь люди смогут жить на Титане.

Р аздел 4. Жизнь на астероидах Солнечной системы.

Хотя сегодня пояс астероидов холоден и сух, некоторое время назад в нем существовали противоположные условия – там была вода и тепло, благоприятные условия для образования органических молекул. Эти признаки обнаружены на многих метеоритах, происхождением из пояса астероидов. Возможно, на нашей планете жизнь могла не возникнуть или появиться намного позже, не окажись на ее поверхности некоторые соединения, принесенные метеоритами.

Раздел 5. Жизнь за пределами Солнечной системы.

А строномы давно пытались найти планеты в других звездных системах, которые находились бы в такой же благоприятной зоне для зарождения и развития жизни, как Земля.

На такой планете должна быть твердая поверхность, а также комфортная температура. Планета должна быть расположена вдали от источников вредных излучений, а на ее поверхности присутствовать чистая вода в жидком состоянии. Ученые уверены в существовании большого количества таких планет, скорее всего у каждой восьмой звезды есть такой планетоид.

Ученые из Калифорнии, работающие на Гавайских островах, открыли новую планету у звезды Глизе 5.81. Она находится в около 20 световых годах от нас. Планетоид расположен в зоне комфортной для проживания. Ни одна из других планет не имеет такого удачного местоположения. На ней комфортная для развития жизни температура. Специалисты утверждают, что, скорее всего, там есть чистая питьевая вода. Такая планета пригодна для жизни. Однако специалисты не знают, есть ли там существа, похожие на человека. Эта планета в три раза тяжелее Земли, сутки на ней длятся 37 земных дня, средняя температура колеблется от +30 ^оС до -12 ^оС. Побывать на ней пока невозможно, так до нее лететь надо на протяжении нескольких поколений. Вероятность существования разумной жизни на ней очень велика.

Специалисты по поиску жизни отправляли радиосигнал с помощью радиотелескопа, расположенного в Крыму. Сигнал дойдет до адресата примерно в 2028 году, а ответ мы получим только в 2049-м.

Поиски экзопланет не прекращаются и сегодня. Уже известно 5 тысяч наиболее перспективных космических тел, благоприятных для жизни.

Раздел 6. Как может выглядеть жизнь на других планетах?

У ченые считают, что жизнь на Земле могла зародиться благодаря микроорганизмам, прилетевшим из космоса. Возможно, есть живые существа, наблюдающие за нами из далека. Однажды специалистов НАСА попросили рассказать, как они представляют инопланетян. Ученые утверждают, что на планетоидах, которые имеют большую массу, должны проживать плоские ползущие существа. Сказать, существуют ли инопланетяне на самом деле и как они выглядят, пока невозможно.

Если учитывать размеры Вселенной можно с уверенностью сказать, что где-то существует жизнь, помимо Земли. Но как на самом деле выглядят разумные внеземные существа? Существует, как минимум, десять причин утверждать, что разумная жизнь не похожа нас.

1. Планеты обладают разной гравитацией. На планетах больших размеров вряд ли мы встретим прямоходящих существ – живые существа могут быть гораздо ниже нас и при этом иметь более плотные и толстые кости скелета. Если же гравитация намного меньше нашей гравитации – живым организмам не потребуется наличие мощных мышц и прочного скелета, они будут выше и крупнее нас.

2. Планеты обладают разной атмосферой. При более высокой концентрации кислорода в атмосфере живые организмы достигают больших размеров: некоторые виды насекомых могут достигать размеров до 75 сантиметров в длину. А есть наоборот некоторые живые организмы, не требующие кислорода вообще. Такая жизнь будет сильно отличаться от земной.

3. Основой внеземной жизни могут служить другие химические элементы. Для наличия жизни необходимо наличие углерода, однако вероятной альтернативой ему может служить кремний. Эту возможность обсуждали Стивен Хокинг и Карл Саган. И, если такая жизнь где-то существует, то выглядит она по-другому, так как кремний требует наличия гораздо более высоких температур для прохождения реакций.

4. Внеземной жизни не требуется вода. Вода землянам необходима в жидком состоянии, так как является прекрасным растворителем, служит в качестве транспортного механизма и является триггером различных химических реакций. Наиболее вероятным заменителем воды является жидкий аммиак или жидкий азот. Именно на Титане обнаружены такие химические элементы в большом количестве. Эти элементы находятся в жидком состоянии при более низких температурах, чем вода, а значит и живые организмы будут выглядеть иначе, чем на Земле.

5. Альтернатива ДНК. Долгое время ученые считали, что только ДНК способна хранить генетическую информацию, но существуют и другие способы. Ученые недавно создали искусственную альтернативу ДНК — КсНК (ксенонуклеиновая кислота). Внеземная жизнь может не только иметь свой вариант ДНК, но и другие аминокислоты, или вещества их заменяющие, для производства других белков.

6. Внеземная жизнь развивалась в другой среде обитания. В зависимости от среды обитания организмы имеют разные характеристики и внешние признаки. Даже на Земле, одни из самых умных живых организмов — дельфины и осьминоги — не живут в одной и той же среде обитания, что и человек.

7. Они могут быть старше нас. Возможно, у внеземных цивилизаций было больше времени для развития и эволюции, и они технологическим путем научились изменять свои собственные тела в зависимости от нужд, вместо ожидания естественного течения эволюции. Возможно, эти существа могли адаптировать свои тела для длительных космических путешествий путем увеличения продолжительности жизни и исключения некоторых биологических потребностей (дыхания, потребности в еде). В связи с эти вполне вероятно значительное изменение внешности этих организмов, вплоть до замены некоторых частей тела искусственными. Даже на Земле мы находимся на пороге создания «идеальных людей», когда при помощи биоинженерии сможем изменять эмбрионы для получения определенных навыков и характеристик будущих людей.

8. Жизнь на блуждающих планетах. Ученые выдвигают предположение, что жизнь возможна на блуждающих планетах, которые находятся вдали от звезд и не получают необходимое количество света и тепла как Земля. На таких небесных объектах возможен такой источник энергии как движение тиктанических плит и вулканическая активность.

Одна из теорий была предложена планетологом Дэвидом Стивенсоном, согласно которой блуждающие планеты с очень плотной и толстой атмосферой могли бы удерживать тепло, что позволило бы планете сохранять океаны в жидком состоянии. На такой планете жизнь могла бы развиться до достаточно продвинутого уровня, аналогично нашей океанской жизни, и, возможно, даже начать переход из воды на сушу.

9. Небиологические формы жизни. Таким видом жизни могут быть как роботы, которые были созданы для замены биологических тел искусственными, так и виды, созданные искусственным путем. Ученые считают, что подобная ситуация белее, чем вероятна, и само человечество, благодаря развитию робототехники, кибернетики и нанотехнологий, рано или поздно само к этому же придет.

А если внеземная жизнь существует в виде энергетических сущностей? Такие формы жизни не будут стеснены ограничениями физических тел и смогут прийти к роботизированным оболочкам. Конечно же, такие существа вряд ли будут похожи на людей.

10. Фактор случайности. Такие представители своих видов, как дельфины и вороны, действительно являются очень умными существами, и если бы эволюция в какой-то момент повернулась лицом именно к ним, то, вполне возможно, именно они были правителями Земли вместо нас. Наиболее важным аспектом является то, что жизнь может развиваться самыми разными (практически бесконечными) способами, поэтому шансы на то, что в других уголках Вселенной есть разумная жизнь, очень похожая на нас, людей, в астрономическом плане очень низкие. 

Заключение.

Все мы, земляне, состоим из атомов, который когда-то давно были частью взорвавшейся звезды. Атомы углерода, азота и кислорода – элементы, необходимые для зарождения жизни. Целый ряд недавних открытий указывает на возможность существования жизни даже в Солнечной системе. Поэтому сегодня уже надо переходить от вопроса: «Существует ли жизнь за пределами Земли?» к вопросу: «Когда же мы встретим инопланетную жизнь?».

Источники:

1. https://www.youtube.com/watch?v=M-OBqMztHzc - Поиск жизни за пределами Земли. Часть 1

2. https://www.youtube.com/watch?v=q6gausimRs8 - Поиск жизни за пределами Земли. Часть 2.

3. http://naukatehnika.com/na-poiski-zhizni-za-predelami-zemli.html - поиски жизни на Марсе

4. https://inosmi.ru/world/20130104/203508140.html

5. https://www.youtube.com/watch?v=ZiKPhIWnrvA – открытие планет земного типа

6. https://shkolazhizni.ru/world/articles/66615/ - возможна ли жизнь в Солнечной системе

7. https://zhitanska.com/content/zhizn-vne-zemli/ - исследования Nasa

8. Одиноки ли мы во Вселенной. Под редакцией Джим Аль-Халили. М., Траектория, 2016.