Какие звезды любят внеземные цивилизации? (из цикла «МОЛЧАНИЕ КОСМОСА», ч.11)

Поскольку единственная известная цивилизация появилась у Солнца – звезды третьего поколения возрастом 4,5 млрд. лет, находящейся на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рассела, типа G2V(желтый карлик), то логично считать, что внеземные цивилизации (ВЦ) могут быть обнаружены у аналогичных звезд.

Вообще-то на главной последовательности находятся самые разнообразные звезды – от массивных голубых звёзд (с массами порядка 50 солнечных) до небольших красных карликов (с массами около 0,07 солнечных). У всех этих звезд долговременным источником энергии является термоядерная реакция синтеза гелия изводорода.

Среди ученых наиболее распространено мнение, что для зарождения жизни оптимальны звезды с температурой поверхности примерно 7000 – 4000 гр.К (Солнце имеет температуру фотосферы около 6000 гр.K), имеющие близкие массы и ведущие себя примерно одинаково. Эти звезды занимают диапазон  спектральных классовот холодных желто-белых типа F7 до сравнительно горячих желто-оранжевых типа К1. Это хотя и не самые распространённые, но и не слишком редкие звёзды. По оценкам учёных таких звезд в галактике 10 – 15 %, а в радиусе 100 световых лет от нас существует около тысячи таких звёзд. Последние находки телескопа «Кеплер» дают основания считать, что около 34 % солнцеподобных звёзд имеют в обитаемой зоне планеты, сравнимые с Землёй.

Звезды указанного диапазона спектральных классов не сходят с главной последовательности несколько миллиардов лет, что может быть достаточным для появления жизни и развития цивилизации.

Они излучают достаточное количество ультрафиолета для образования органических соединений высокого порядка сложности, необходимых мутаций и создания со временем защитного озонового слоя, но не настолько много, чтобы уничтожить жизнь.

За счет большей по сравнению с Солнцем светимости звёзд спектрального класса F зона обитаемости вокруг них намного шире, чем у нашего жёлтого карлика, что увеличивает шансы найти в этих зонах благоприятные планеты.

Напротив, более долговременные звёзды класса K будут иметь зону обитаемости ближе к звезде, поэтому потенциально обитаемые планеты будут испытывать большее влияние приливных сил от звезды вплоть до приливного захвата.

Вероятнее всего, что именно эти звёзды будут основной целью при поиске жизни в их системах.

Изначально считалось, что только одиночные звезды (а-ля Солнце) могут иметь около себя населенные планеты, поскольку кратные звездные системы создают слишком нестабильные условия существования для своих планет.

Однако гравитационно связанные звезды, обращающиеся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс, очень распространены в галактике и составляют порядка 50 - 70 % от всех звёзд, поэтому вопрос об их жизнепригодности достоин особого рассмотрения.

Действительно, орбиты планет, вращающихся вокруг двойных звезд, должны иметь довольно причудливую форму из-за взаимного влияния на них двух звезд. Если же эти орбиты значительно наклонены относительно орбитальных плоскостей центральной звёздной пары, то планеты должны выбрасываться из таких систем. Но практика открытия экзопланет показывает, что двойные звездные системы насыщены планетами так же как и одиночные системы.

Существует большое количество типов двойных звезд.

В двойных звездных системах с широко разнесенными звездами планеты могут вращаться вокруг только одной звезды, практически не ощущая влияния другой, что делает их похожими на обычные одиночные звездные системы со стабильными орбитами своих планет.

Есть двойные системы, где звезды расположены очень близко друг к другу, поэтому их вращение синхронизировано за счет спин-орбитального резонанса и поддерживается в стабильном состоянии миллиарды лет.

Именно такие системы близких друг к другу двойных звёзд являются более комфортным местом для возникновения и развития жизни, чем даже системы звёзд-одиночек типа Солнца.

Какие преимущества у таких систем?

1. Эти двойные звезды имеют общее происхождение из протозвездного облака и сильную гравитационную связь. Приливные силы пары близких звёзд взаимно деформируют обоих участников и сильно тормозят вращение звезд, причём довольно быстро. А быстрое вращение звезды определяет ее высокую активность и наличие жесткого излучения.

При обычной эволюции звезды она постепенно замедляет своё вращение так как теряет массу и угловой момент за счет звездного ветра и взаимодействия своего магнитного поля с окружающими объектами.

В то же время в двойных системах приливные силы быстро успокаивают каждое из молодых светил, не давая им слишком сильно поливать молодые планеты ультрафиолетом, расщепляющим водяной пар, и создавая благоприятную среду для зарождения и поддержания жизни на планетах практически сразу после их появления.

2. Такие двойные звездные системы дают большую инсоляцию и, поэтому, существенно отодвигают зону обитаемости (см. http://maxpark.com/community/603/content/2979124) от центра системы к краям, что увеличивает шансы нахождения жизнепригодных планет и даже их спутников.

Даже массивные горячие звезды спектральных классов O – B– A могут представлять определенный интерес с точки зрения поиска ВЦ.

Сами по себе подобные звёзды имеют огромное значение для эволюции материи поскольку они вносят основной вклад в наработку термоядерным синтезом тяжёлых элементов, так необходимых для жизни (см. http://maxpark.com/community/603/content/2887492).

Основная особенность горячих звезд – малая длительность цикла их эволюции (от миллиона – до миллиарда лет), что представляется недостаточным для полноценной эволюции жизни.

С другой стороны, если земной темп эволюции жизни не является стандартным, то такая эволюция могла бы осуществиться в соизмеримые с периодом развития таких звезд сроки, и в звездных системах горячих звезд вполне может появиться обитаемая планета. Этому способствовали бы очень обширная зона обитаемости этих звезд и стабилизирующее и упорядочивающее действие от значительной массы подобных звезд.

Высокие температуры поверхности таких звезд предопределяют огромный уровень ультрафиолетового излучения, которое может уничтожить любые зародыши жизни. Однако такое излучение могут значительно снизить толща океана и даже простое изобилие водяного пара в тропосфере крупной планеты, что даст возможность появлению жизни.

И это при интенсивном образовании озона, способном в дальнейшем защитить жизнь.

Таким образом, исключить возможность возникновения и развития сложной жизни у горячих массивных звезд нельзя. С другой стороны, обязательное развитие жизни на месте может быть и не обязательно, и подходящие планеты у таких звезд вполне подходят для колонизации внеземными цивилизациями на многие миллионы лет.

Наименее массивные из звезд главной последовательности (обычно от 0,1 до 0,6 солнечных масс), красные карлики излучают очень мало света (от 0,01 % до 3 % от производимого нашим Солнцем) преимущественно в ИК диапазоне.

Широкая распространенность их в галактике (70 – 80%) предопределяет пристальное внимание к красным карликам с позиции возможной обитаемости планет в таких звездных системах. А такие планеты в зоне обитаемости по оценкам имеют не менее четверти из красных карликов.

Самая близкая к Солнцу звезда - Проксима Центавра тоже красный карлик. Да и 20 из 30 ближайших звезд принадлежат к этому классу.

Красные карлики очень специфичные звезды:

- звезды полностью конвективны и очень медленно сжигают водород, что позволяет им иметь очень большую продолжительность жизни - от десятков миллиардов до десятков триллионов лет;

- они нестабильны, могут создавать гигантские кратковременные вспышки рентгеновского и гамма-излучения особенно на ранних стадиях эволюции (первые 1 - 2 миллиарда лет существования);

- малая масса этих звезд свидетельствует об их сравнительно позднем образовании, поскольку маломассивные звезды не могут сформироваться без тяжёлых элементов, полученных от взрывов ранних звезд;

- в процессе своего формирования эти звезды имели небольшие протопланетные диски, что определило слабое гравитационное взаимодействие формирующихся тел, стабильность всей звездной системы и ограниченный перенос материалов к внутренним планетам;

Из-за слабой светимости красных карликов зоны обитаемости расположены очень близко к звезде, что ведёт к приливному захвату планет в обитаемой зоне и остановке планетарного динамо с последующим ослаблением магнитного поля планеты и затуханием ее тектоники.

С другой стороны есть факторы, удаляющие зону обитаемости от звезды (и это может предотвратить приливный захват планет).

Планеты у красных карликов поглощают больше энергии от своих звёзд, чем планеты солнечной системы, т.к. диапазон излучения у этих звезд сдвинут в длинноволновую область из-за чего альбедо планет у таких светил довольно мало. При ИК излучении красного карлика фотохимическое разрушение метана в атмосфере планет очень мало, что создает сильный парниковый эффект за счет этого эффективного газа (а также и других парниковых газов), и это может значительно поднять температуру планеты.

Как показывает моделирование, планеты с приливным захватом у красного карлика, освещаемые только с одной стороны, могут иметь приемлемый для жизни климат на планетах с плотной атмосферой и мощными облаками в области максимального перегрева за счет усиленного отражения тепла от облаков.

Кроме того, на таких планетах тепло способно эффективно переноситься на ночную сторону планеты за счет ветровых перемещений. Если же это еще и водная планета, то вода может циркулировать в глубоких океанах под верхним, замёрзшим слоем.

По видимому, наиболее комфортные климатические условия на приливных планетах красного карлика создаются в области терминатора. Однако, на таких приливных планетах жизнь вряд ли достигнет сложных форм.

Вместе с тем, в системе красного карлика могут возникнуть чрезвычайно комфортные условия для жизни и развития ВЦ.

Для этого землеподобная планета должна иметь по соседству массивную планету, например, газового гиганта, способного за счет приливного взаимодействия разогревать и поддерживать тектонику планеты, находящейся даже вне зоны обитания красного карлика.

Период обитаемости планеты в таком месте будет самым длительным изо всех представимых мест в космосе и может составлять сотни миллиардов лет. Такой тип экзопланет может быть наиболее вероятным местом обитания ВЦ, даже если такая цивилизация там и не родилась.

Естественно, такие планеты могут в далеком будущем стать перспективным объектом колонизации для человечества.

Определенный интерес при рассмотрении потенциальных мест обитания ВЦ могут представлять системы «экзотических» звезд.

Например, коричневые карлики – своеобразные «недозвезды» имеют еще меньшую чем красные карлики массу (1 – 7% от солнечной).

Слабые термоядерные реакции с участием редкого тяжелого изотопа водорода – дейтерия протекают в таких звездах достаточно короткий период, после чего они остывают, превращаясь в планетоподобные объекты.

Остывание коричневых карликов может занять сотни миллионов и даже миллиарды лет, что может позволить развиться жизни на близких к ним планетах.

Однако, маловероятно, что у такой маломассивной звезды может появиться крупная планета с подходящими условиями. А вот если такие субзвезды сами будут как и планеты элементом какой-либо звездной системы, то их излучение будет способствовать лучшим условиям обитания у их возможных спутников.

Еще одни интересные звездные объекты – белые карлики - обнажившиеся вырожденные ядра красных гигантов, расставшихся со своей оболочкой.

Белые карлики - это компактные звёзды с массами, сравнимыми с массой Солнца, но гораздо меньшими размерами и светимостью.

За счет огромной плотности (до 1 000 тонн на кубический сантиметр) их запасенное внутреннее тепло не может эффективно рассеиваться за короткое время и светимость белых карликов уменьшается очень медленно в течение миллиардов лет.

Эти звезды вообще лишены периодической активности, хотя их излучение достаточно жесткое с существенным содержанием УФ и рентгеновской составляющей.

Естественно, что обитаемая зона у таких звезд находится очень близко от них. Вот только планеты там встретить трудно после катастрофического сброса оболочки красным гигантом, если только они не мигрировали впоследствие (а такой процесс считается сейчас достаточно вероятным) к белому карлику после его появления.

Таким образом, вероятность существования ВЦ у сравнительно долгоживущих белых карликов представляется все же минимальной.