Żyjemy na maleńkiej zielonej planecie z pojedynczym księżycem krążącym wokół żółtej gwiazdy z kilkoma mniej przyjaznymi kamieniami w pobliżu i jeszcze mniej przyjaznymi kulami gazowymi nieco dalej, których nazwy pochodzą od wszelkiego rodzaju mitycznych bóstw. Gdy eksplorujemy coraz bardziej odległe regiony kosmosu, beznadziejnie próbujemy znaleźć inne systemy gwiezdne, które mogłyby zawierać przyjemne światy do życia. Doceniając te próby i uświadamiając sobie, jakie mamy szczęście, że żyjemy w naszym systemie, w międzyczasie możemy zbadać inne możliwe i szalone scenariusze dotyczące tego, jak różny może być nasz Układ Słoneczny. Uwaga dla współczesnych reżyserów. Co…
… gdyby Mars nie stracił swojego pola magnetycznego
Kiedyś Mars miał obiecującą atmosferę, kiedy był ciepły, wilgotny i pełen dwutlenku węgla. Zniknął, gdy Czerwona Planeta straciła swoje pole magnetyczne około 3,6 miliarda lat temu, umożliwiając Słońcu bezkarne zdmuchnięcie atmosfery wiatrem słonecznym. Według kosmicznych standardów stało się to dość szybko - większość atmosfery zniknęła w ciągu kilkuset milionów lat po wyłączeniu pola magnetycznego. Dziś atmosfera Marsa stanowi około 1% ziemskiej atmosfery na poziomie morza, a wiatry słoneczne nadal pochłaniają ją z szybkością około 100 gramów na sekundę.
Wiemy, że ta planeta miała kiedyś pole magnetyczne, ponieważ namagnesowane skały wciąż istnieją na jej powierzchni. Niektórzy uważają, że pole magnetyczne zostało utracone z powodu silnego bombardowania przez asteroidy, które zakłóciły przepływ ciepła wewnątrz Marsa, który generuje pole magnetyczne. Gdyby tak się nie stało, Mars zachowałby swoje prymitywne oceany i być może byłby kolejnym źródłem życia w naszym Układzie Słonecznym.
Inna teoria sugeruje, że stare pole magnetyczne mogło pokryć tylko połowę planety, podważając w ten sposób jego długoterminową żywotność. Zrozumienie składu wewnętrznego jądra Marsa pomoże odpowiedzieć na to pytanie. Na Ziemi płynne żelazo opływa cieplejsze, twardsze jądro, które utrzymuje nasze ochronne pole magnetyczne. Gdyby Mars miał tylko stopiony rdzeń, mogłoby to wyjaśniać stratę.
… gdyby Ziemia nie miała Księżyca
Film promocyjny:
Uważa się, że około 4,5 miliarda lat temu zarodek planetarny wielkości Marsa (zwany Theia) zderzył się z Ziemią, wyrzucając z niego wystarczającą ilość materiału, aby uformować nasz księżyc. Pływowe skutki Księżyca mogły wpłynąć na wczesny wulkanizm i zwiększyć liczbę spadających meteorytów, niszcząc wczesne życie. Jednak niektórzy uważają, że życie po raz pierwszy pojawiło się w głębinowych kominach hydrotermalnych w procesie, na który mogą pozytywnie wpływać prądy pływowe.
Gwałtowne przypływy księżycowe, gdy Księżyc był bliżej Ziemi, mogą tworzyć płytkie, słone morza, w których fragmenty kwasów protonukleinowych wiążą się przy słabych przepływach i rozpadają się przy silnych, ostatecznie prowadząc do powstania DNA. Według paleobiologa Bruce'a Liebermana „ostatecznie życie mogło powstać bez przypływów. Ale linia, która doprowadziła do powstania człowieka, jest zakorzeniona właśnie w przypływach."
Jest prawdopodobne, że prądy pływowe wspomagały transport ciepła z równika do biegunów, co sugeruje, że epoki lodowcowe byłyby mniej dotkliwe bez Księżyca i zmniejszyłyby presję ewolucyjną na życie. Gdyby życie wyewoluowało na Ziemi bez Księżyca, prawdopodobnie przeszłoby przez mniejszą liczbę zmian w czasie i stałoby się mniej różnorodne. Długość dnia również byłaby inna bez Księżyca, który pomógł spowolnić rotację Ziemi z sześciu do dwudziestu czterech godzin, a także ustabilizował nachylenie Ziemi, a tym samym pory roku. Każde życie rozwijające się na bezksiężycowym świecie doświadczyłoby ekstremalnie krótkich dni i nocy oraz prawdopodobnie bardziej surowych zmian klimatycznych.
W przypadku braku księżyca formy życia tracą światło księżyca, co pomaga im pozostać aktywnymi w nocy, wpływa na nocne drapieżniki i sprzyja rozwojowi widzenia w nocy. Życie kulturalne każdego czującego gatunku pozostałoby bez wpływu księżyca.
… gdyby Ziemia miała pierścienie
Po zderzeniu z niestabilną planetą Theia, Ziemia na krótko uzyskała pierścienie, które ostatecznie połączyły się z Księżycem. Stało się tak, ponieważ szczątki leżały poza granicą Roche'a, gdzie siły grawitacyjne rozrywają każdego rodzącego się naturalnego satelitę. Gdyby mały księżyc lub satelita znajdował się zbyt blisko przyciągania grawitacyjnego Ziemi, pękłby, a następnie utworzyłby się trwały pierścień.
Saturn ma lodowe pierścienie, które prawie nie przetrwałyby długo, gdyby znajdowały się tak blisko Słońca jak my, ale teoretycznie kamienne pierścienie mogłyby przetrwać, chociaż różniłyby się od pierścieni Saturna. Efekt byłby oczywisty, ponieważ cienie rzucane przez pierścienie prowadziłyby do mroźnych zim i zmniejszenia światła słonecznego na obu półkulach. Gdyby w takich warunkach powstało inteligentne życie, pierścienie przeszkadzałyby w rozwoju naziemnej astronomii optycznej. Znacząco skomplikowałyby również podróże kosmiczne i satelity z powodu kosmicznych śmieci.
Takie pierścienie wyglądałyby różnie w zależności od regionu Ziemi, z którego były oglądane - cienka linia na niebie nad Peru, potężny łuk na pół niebie w Gwatemali, 180-stopniowy zegar atmosferyczny w Polinezji i wszechobecna poświata na horyzoncie na Alasce. Można tylko spekulować, w jaki sposób starożytni ludzie na świecie włączyli te niesamowite gatunki do swojej mitologii i kosmologii.
… gdyby Jowisz był gwiazdą
Według niektórych, największa planeta w Układzie Słonecznym powinna stać się gwiazdą, brązowym karłem, ale brakowało jej trochę masy. (Inni uważają, że Jowisz musiał być trzynaście razy większy, aby to zrobić). Gdyby Jowisz stał się gwiazdą, byłby słaby i odległy, trochę jaśniejszy niż Wenus. Taka gwiazda nie generowałaby wystarczającej ilości światła ani ciepła i byłaby pięć razy dalej od Ziemi niż Słońce, więc (na szczęście) nie wpłynęłaby na rozwój życia na Ziemi.
Zamiana Jowisza w gwiazdę nie jest tak łatwa, trudniejsza niż zwykłe podpalenie planety. Ponieważ Jowisz składa się głównie z wodoru, aby go zapalić, będziesz musiał pokryć go tlenem o połowę mniejszą niż Jowisz: rezultatem jest woda. Ale potrzebujemy gwiazdy, a nie dużego palnika. Aby rozpocząć syntezę jądrową jak słońce, potrzeba więcej wodoru. Dla brązowego karła potrzeba kolejnych 13 Jowiszów, dla czerwonego karła 79, a dla gwiazdy wielkości Słońca 1000 razy więcej.
Jednak symulacje wykazały, że powiększenie Jowisza do rozmiarów Słońca spowoduje chaos w Układzie Słonecznym. Satelity planet zewnętrznych wylecą z orbit w różnych kierunkach, a pas asteroid zostanie całkowicie zniszczony. I chociaż Merkury i Wenus pozostaną prawie nienaruszone, Ziemia ostatecznie rozbije się o inną planetę lub orbitę bliżej Słońca.
… gdyby Ziemia obróciła się w drugą stronę
Najbardziej oczywistym skutkiem odwrotnej rotacji Ziemi byłoby wschodzenie Słońca na zachodzie i zachodzenie na wschodzie, ale to nie wszystko. Według astrofizyka z University of Pennsylvania, Kevina Lumana, „Ziemia obraca się w ten sposób, ponieważ tak się narodziła. Kiedy Słońce było nowo narodzoną gwiazdą, wokół niego znajdowała się cała masa gazu i pyłu, wirująca w postaci dużej struktury w kształcie dysku. Jedyną planetą, która obraca się w przeciwnym kierunku, jest Wenus, a było to najprawdopodobniej wynikiem zderzenia miliardy lat temu. Powtórzenie takiego procesu na Ziemi prawdopodobnie wykluczy jakichkolwiek obserwatorów na długie lata.
Nawet jeśli stanie się to na polecenie magii lub kosmitów, konsekwencje będą bardzo poważne. Efekt Coriolisa, który określa, w jaki sposób rotacja Ziemi jest przenoszony na zachowanie wiatru, zostanie całkowicie odwrócony. Pasaty będą skierowane w drugą stronę, co doprowadzi do zmian klimatycznych w wielu regionach. Szczególnie dotknie to Europę, kiedy ciepłe wiatry wiejące nad Atlantykiem z Zatoki Meksykańskiej zostaną zastąpione syberyjskim zimnem ze wschodu.
W innych miejscach na Ziemi zmiana rotacji może mieć korzystniejszy wpływ. W Afryce Północnej opady wzrosną, a ilość wody rzecznej wpływającej do Morza Śródziemnego praktycznie zamieni je w jezioro słodkowodne. Ciepłe powietrze zostanie wysłane na północny Pacyfik i południowy Atlantyk, dzięki czemu Alaska, Dalekowschodnia Rosja i części Antarktydy będą bardziej atrakcyjne do życia.
… gdybyśmy zamienili się miejscami z Marsem
Jeśli przestawisz Ziemię i Marsa, efekty będą dość interesujące: temperatura na Marsie wzrośnie, czapy polarne stopią się, gazy zostaną uwolnione z gleby, a klimat stanie się prawie tak samo ciepły jak na Ziemi. Z drugiej strony ziemia stanie się znacznie zimniejsza. Więcej problemów wyniknie z destabilizacji wewnętrznego Układu Słonecznego w wyniku wpływu, jaki orbity planet wywierają na siebie nawzajem.
Fizyk planetarny Renu Malhotra z University of Arizona przeprowadził symulacje, które wykazały poważną destabilizację orbit planet. Próbowała zignorować wyniki Merkurego, ale wszystko doprowadziło do tego, że Mars zostanie wyrzucony z Układu Słonecznego. Inne symulacje pokazały, że Ziemia i Mars uzyskają niestabilne orbity pod wpływem Jowisza. Sugeruje to, że sytuacja orbitalna wewnętrznego Układu Słonecznego jest raczej niestabilna, co podważa propozycje niektórych futurystów, aby przesunąć Marsa bliżej Słońca.
Co ciekawe, gdyby taka mechanika orbitalna zadziałała, Ziemia doskonale zamieniłaby się miejscami z Wenus. Badanie wykazało, że Ziemia lub planeta ziemska może potencjalnie nadawać się do zamieszkania na orbicie Wenus, której położenie zwykle szacuje się na nieco bliżej Słońca niż jest to konieczne do życia. Pomimo podwojonego promieniowania słonecznego, zachmurzenie utrzymywało temperaturę powierzchni w dopuszczalnych granicach.
… gdybyśmy mieszkali w centrum lub na skraju galaktyki
Wydaje się, że żyjemy w dość nudnym sektorze Drogi Mlecznej, z dala od zgiełku centrum galaktyki. Gdybyśmy byli w centrum galaktyki, nocne niebo byłoby znacznie jaśniejsze, z garścią jasnych (jak Wenus) gwiazd, ponieważ gwiazdy w jądrze są oddzielone przez kilka tygodni świetlnych, a nie lat. Gęstość gwiazd w pobliżu centrum wynosi 10 milionów gwiazd na parsek sześcienny, w porównaniu z 0,2 w naszym słabym segmencie. W pobliżu jest również wiele supernowych i supermasywna czarna dziura, ale co możesz zrobić, życie w mieście jest takie.
W międzyczasie, gdybyśmy byli bliżej krawędzi Drogi Mlecznej, prawie nic by się nie zmieniło, gdyby w ogóle powstało życie. Układy gwiazd na obrzeżach galaktyk mają niższy poziom metaliczności, to znaczy zawierają mniej pierwiastków cięższych niż wodór i hel. Zmniejszający się poziom pierwiastków metalicznych oznacza, że giganty gazowe, takie jak Jowisz, które powoli gromadzą się wokół litych rdzeni, będą pojawiać się mniej. Ponieważ gazowe giganty nie przyjmą ciosu, stałe światy będą bardziej narażone na uderzenie komety. Ponadto nocne niebo Ziemi na skraju galaktyki będzie matowe i puste.
Życie na przedmieściach może mieć również pozytywne aspekty. Niektórzy uważają, że warunki życia pasują do szeregu kluczowych warunków, które są spełnione tylko w stosunkowo wąskim zakresie znanym jako galaktyczna ekosfera. W 2001 roku Guillermo Gonzalez stwierdził, że częste supernowe i wysokie poziomy promieniowania nieodłącznie związane z centrum galaktyki zapobiegają powstawaniu życia. Ostatnie badania wskazują, że ten argument jest raczej sceptyczny, ponieważ częste sterylizacje supernowych byłyby równoważone przez większe szanse na ewolucję życia.
… gdyby były dwa słońca
W 2011 roku astronomowie zaobserwowali pierwszą znaną planetę w układzie podwójnych gwiazd, znaną również jako planeta o wielu orbitach, zwaną Kepler-16b. Alan Boss, astrofizyk z Carnegie Institute of Science, został zapytany, jak wyglądałaby Ziemia w takich warunkach. Powiedział: „Nieco chłodno. Chociaż jest bliżej swoich gwiazd niż Ziemia, gwiazdy te nie są tak jasne, więc temperatura na planecie będzie wynosić tylko -73 stopnie Celsjusza. Gdybyśmy zastąpili nasze Słońce tymi gwiazdami, bylibyśmy jeszcze zimniej, ponieważ jesteśmy dalej od Słońca niż ta Tatooine."
Oczywiście nie wszystkie systemy binarne są takie same, a niektóre sytuacje są lepiej dostosowane do rozwoju życia. Badania przedstawione na 223. spotkaniu American Astronomical Society w 2014 roku wykazały, że niektóre układy podwójne gwiazd mogą być bardziej sprzyjające rozwojowi życia niż jednolite układy gwiazdowe. Sparowane gwiazdy, których rotacja została zsynchronizowana, zmniejszą wzajemnie promieniowanie słoneczne i wiatry gwiazdowe, które często oczyszczają atmosferę planet i księżyców.
Badanie przeprowadzone przez astrofizyka Paula Masona wykazało, że gwiazdy krążące wokół siebie w ciągu 10-60 ziemskich dni będą wywierać siły pływowe, które zmniejszają rotację i wiatry gwiezdne, co może potencjalnie poszerzyć zakres potencjalnie zdatnych do zamieszkania stref w układzie poprzez połączenie światła z dwóch gwiazd zamiast jednej. Mason przyznał, że mając dwa słońca, Wenus mogłaby oszczędzać wodę, a Ziemia byłaby bardziej wilgotnym światem.
… gdyby słońce zniknęło
Pomimo obaw starożytnych, Słońce nie zgaśnie nagle, a taki scenariusz jest fizycznie niemożliwy, o ile wiemy. Ale gdyby tak się stało, Ziemia nie zamarzłaby natychmiast. Jeśli pozostaniemy na orbicie na ochłodzonym i martwym kolbie niegdyś ukochanej gwiazdy, temperatura spadnie poniżej -17 stopni Celsjusza w ciągu tygodnia i do -73 stopni w ciągu roku. Bez fotosyntezy życie roślin szybko zniknie, podobnie jak wszystkie inne formy życia, gdy oceany zamarzną.
Górne warstwy lodu będą izolować głębokie wody i zapobiegać zamarzaniu oceanów przez setki tysięcy lat, dzięki czemu niektóre oceaniczne i geotermalne formy życia mogą przetrwać. Przerażające, ale dzięki powolnemu metabolizmowi i zapasom cukru drzewa wytrzymają jeszcze kilka dziesięcioleci. Najlepszymi miejscami do przetrwania ludzi byłyby atomowe okręty podwodne lub być może mieszkania zbudowane w krajach bogatych w geotermię, takich jak Islandia.
Poza śmiercią z powodu zimna życie w świecie bez Słońca ma jeszcze pewne zalety. Zmniejszy się ryzyko rozbłysków słonecznych, poprawi się komunikacja satelitarna i warunki dla astronomów.
Ale ogólnie rzecz biorąc, oczywiście byłoby lepiej ze Słońcem. Nawet jeśli usuniesz Słońce tylko na sekundę, bez grawitacji Słońca, wszystkie obiekty w Układzie Słonecznym, zamiast kołowej orbity, będą poruszać się po linii prostej. Sekundę później, gdy wróci słońce, wszystko, od gazowych olbrzymów po kosmiczny pył, znajdzie się na nowych orbitach, z których część będzie niestabilna. Również na sekundę zniknie heliosfera, która chroni Układ Słoneczny przed promieniowaniem pozasłonecznym. Sekunda bez osłon pozwoli przeniknąć nikczemnemu promieniowaniu z zewnątrz, co doprowadzi do pojawienia się zorzy polarnej na całym świecie, zakłócenia satelitów i sieci elektroenergetycznych lub ewentualnie wysterylizowania Ziemi.
… jeśli Ziemia napotka czarną dziurę
Prawie każde ciekawe dziecko w tym wszechświecie pomyślało o skutkach, jakie czarna dziura może mieć na Ziemi lub przynajmniej na mieszkających tutaj ludzi. Frank Hale z Uniwersytetu Stanforda zasugerował, co mogłoby się stać, gdyby czarna dziura wielkości monety, która miałaby mniej więcej taką samą masę jak Ziemia, znalazłaby się w środku planety. Nie znaczy to, że Ziemia jest zasysana przez kosmiczny odkurzacz, ale nadal będzie trochę zamieszania.
Materia wpadająca do czarnej dziury stanie się bardzo gorąca, powodując promieniowanie i ciśnienie wypychające zewnętrzne warstwy materii i powodując spektakularną eksplozję, która wystrzeliła z Ziemi jak przegrzana plazma. Zachowanie pędu zapewni, że masa Ziemi będzie się szybciej obracać wokół czarnej dziury i utworzy dysk akrecyjny, który ograniczy szybkość, z jaką masa Ziemi jest absorbowana. Ziemia zmieni się w szybko obracające się ruiny, ale zajmie trochę czasu, zanim zostanie zjedzona.
Mniejsza czarna dziura nie będzie taka zła. Uważa się, że wszechświat roi się od pierwotnych czarnych dziur o masie równoważnej małej górze. Te czarne dziury czają się wewnątrz gazowych olbrzymów i prowadzą do narodzin przedwczesnych supernowych. Jeśli taka czarna dziura zderzy się z Ziemią z dużą prędkością, może po prostu przelecieć przez nią. Takie zderzenie spowoduje uwolnienie energii równoważnej wybuchowi tony trotylu, ale rozciągnie się ono na całej długości ścieżki, więc mało kto tego zauważy. Jednak przejście takiej czarnej dziury przez Ziemię pozostawi po sobie „długą rurkę materiału mocno uszkodzoną przez promieniowanie, która pozostanie rozpoznawalna przez czas geologiczny”.
Sytuacja byłaby ciemniejsza, gdyby Układ Słoneczny zderzył się z supermasywną czarną dziurą o masie milion razy większej od Słońca, prawdopodobnie wyrzuconą przez grawitację dwóch zderzających się galaktyk. Astronom Christopher Springob uważa, że podejrzewalibyśmy, że coś było nie tak, gdy czarna dziura zbliżyła się do 1000 lat świetlnych od Układu Słonecznego. Potem pozostało nam tylko kilka tysięcy lat na przygotowanie się do jej nadejścia, po czym ta czarna dziura znacząco zakłóci orbity planet i wgryzie się w układ gwiazd. Kiedy czarna dziura znajdzie się w odległości roku świetlnego, jej grawitacja rozerwie świat na strzępy, tak że Ziemia będzie dobrze przeżuwana, zanim zostanie ostatecznie połknięta.
Albo nie. Samir Mathur z Ohio State University uważa, że ma matematyczny dowód na to, że możemy nawet nie zauważyć, że zjada nas czarna dziura.