Почему мы все еще живем в пределах одной планеты
Космос, который доступен человеку, находится на расстоянии 400 км от поверхности Земли. Что дальше — пока неизвестно. Выяснили, почему люди грезят о жизни в космосе, но все еще не могут туда переселиться
Ваш браузер не поддерживает аудиоплеер.
Слушайте нас на любой удобной платформе: Apple Podcasts, CastBox, «Яндекс.Музыке», Google Podcasts, Spotify и «ВК Подкастах». А еще следите за нами в Telegram РБК Трендов — там мы делимся интересными материалами по теме.
Участники:
- Ведущий подкаста — техноблогер Сергей Романцев.
- Михаил Сачков — астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор РАН.
- Марат Айрапетян — инженер молодежного космического центра МГТУ им. Баумана, бывший инженер «Роскосмоса».
1:32 — Переселение: почему мы грезим о космосе, но все еще живем в пределах одной планеты
10:18 — Космический дом: где будут жить люди
23:43 — Самостоятельные путешествия: возможны ли полеты, неуправляемы с Земли
28:40 — Космическое загрязнение: что происходит с мусором
35:40 — Зона обитания: какие планету подходят для жизни
39:09 — Космическая угроза: сможем ли мы спасти планету, если что-то упадет сверху
Что тормозит развитие путешествий между планетамиЕсть несколько причин, почему люди все еще не могут позволить массовые космические путешествия.
- Во-первых, существуют технологические ограничения. Для того, чтобы отправить в космос пилотируемый туристический корабль, похожий на тот, что был в мультфильме «ВАЛЛ-И» или в фильме «Марсианин», требуется большое количество энергетики. Полезная нагрузка ракет, которые отправляют на МКС «Союз», составляет всего 7%. Остальная часть уходит на топливо.
- Во-вторых, ученые пока не нашли способ спасти человечество от радиации. На Земле нас защищает магнитное поле, но что будет, когда люди окажутся на Марсе? Как вариант, на поверхности красной планеты можно закопаться в марсианский грунт, но никто не знает, что случится в полете.
- В-третьих, биологические проблемы. Состояние человека в космическом пространстве все еще требует исследования. Космос — не отель, там непривычно и некомфортно.
Стоит понимать, что космонавты летают в космос для решения наукоемких задач, а не просто в качестве путешественников. Они несколько лет проходят специальную профессиональную подготовку.
Любой космический полет упирается в финансы, говорят эксперты. Марат рассказал, что стоимость американской программы «Аполлон» сравнима с суммой, которую США тратят на военные нужды в год. Чтобы действительно рассуждать о туризме в космическое пространство, странам нужно объединить свои инвестиции в эту сферу.
Не стоит удивляться стоимости космических полетов. Расчеты довольно просты и зависят от количества затрачиваемого топлива. К тому же, любой космический аппарат — это единичное, а не серийное изделие. В сумму входит и подготовка площадки для запуска ракеты.
Сократить эту сумму можно, говорит Михаил. Для этого нужно увеличить количество запускаемых аппаратов: чем их больше, тем меньше цена. Однако тут встает вопрос безопасности — возможно, запускать не десять ракет, а одну в месяц будет более верным и эффективным решением.
Почему именно МарсПотенциально пригодные для жизни — это планеты земной группы, с твердой поверхностью. Вряд ли люди смогут жить на Юпитере или Венере, где кислотная атмосфера, а температура вообще достигает 500 градусов.
Определить, может ли человек жить на другой планете, можно с помощью следующих маркеров:
- наличие кислорода,
- воды (нужно хотя бы определить, может ли она существовать там в жидком виде),
- температура,
- уровень радиации,
- давление.
Сейчас ученые нашли 250 планет, на которых можно поискать источники жизни.
Как борются с космическим мусоромБольшинство сюжетов фантастических фильмов и мультфильмов, в которых рассказывают о релокации в космос, связаны с экологическими проблемами Земли.
Тем не менее, люди успели загрязнить и космическое пространство: там находится уже много объектов, разрушенных или выведенных из строя по окончании исследований. Поэтому существуют службы, которые следят за космическим мусором, чтобы остатки не повредили новую технику, введенную в эксплуатацию. Некоторые детали достаточно трудно заметить: например, осколки.
Есть несколько способ избавить от космического мусора:
- отправить его в атмосферу Земли, где он сгорит,
- отправить на космическое захоронение.
Еще один вариант — спустить мусор на Землю и затопить в Тихом океане, как это сделали со орбитальной станцией «Мир». Главная задача — идентифицировать мусор, а уже потом рассчитать вероятность его столкновения со спутниками и МКС.
Происхождение всего: почему на Земле появилась жизнь
Как все везде появилось: звезды и галактики, атмосфера Земли, океаны, клетка и, наконец, человеческие цивилизации. Сочетая юмор и научную канву, автор проводит читателей сквозь пространство и время — почти 14 млрд лет, — показывая при этом связи между теориями, помогающие понимать такие темы, как физика частиц, тектоника плит и фотосинтез.
Все это — о книге Дэвида Берковичи «Происхождение всего», переведенной издательством «Альпина нон-фикшн». Indicator.Ru публикует отрывок из этой книги.
В отличие от других планет Солнечной системы на Земле образовался умеренный климат, поэтому на ней сохранялась вода в жидком состоянии, а следовательно, и жизнь, по крайней мере такие ее формы, которые нам известны. Первыми живыми организмами, появившимися на Земле, были микроорганизмы, и произошло это за несколько миллиардов лет до того момента, с которого мы, люди, считаем планету пригодной для жизни, не говоря уже гостеприимной. Но даже в наши дни мы нашли на планете микробную жизнь, обитающую в самых неблагоприятных природных условиях — в средах, где температура превышает 100°C, или в кислотных кратерных озерах. Поэтому определение «пригодности для жизни» имеет довольно широкий диапазон. Мы можем обнаружить микробную жизнь, существующую или существовавшую когда-то на других планетах, условия на которых не хуже самых плохих условий на Земле.
Вода исключительно важна для жизни, поэтому список потенциально пригодных для жизни планет включает в себя Марс и ледяные спутники Юпитера и Сатурна (Европу и Энцелад соответственно), на которых точно есть вода в жидком состоянии. Как бы то ни было, мы точно знаем, что на нашей планете выработался особенно стабильный и мягкий климат, давший жизни достаточно времени, чтобы она могла стать сложной и многоклеточной. Разговор об условиях, необходимых для существования жизни на планете, нужно начать с классического понятия «зоны возможной жизни». Эта зона, по сути, является диапазоном орбит в любой планетной системе, где условия на поверхности находящихся в ней планет позволяют существовать воде в жидком состоянии. Другими словами, планета должна быть не так далеко от звезды, чтобы вся вода замерзла (как, вероятно, произошло на Марсе, хотя это становится все более сомнительным), но и не так близко, чтобы вся вода испарилась (как на Венере). Это понятие до сих пор используется астрономами, обнаруживающими планеты в других планетных системах, так как основными характеристиками, которые они устанавливают, по крайней мере пока, являются расстояние от планеты до звезды и (иногда) масса и / или размер планеты.
Орбита в зоне благоприятного обитания — важная часть теорий о вероятности нахождения разумной внеземной жизни. Под «разумной» я понимаю такую жизнь, которая может передавать в космос сигналы (например, радиоволны), несущие систематизированную информацию. Распознают ли внеземные формы жизни в наших радиоволнах признаки того, что они были посланы разумными существами, или нет, еще не известно, но, если мы сами будем искать в космосе сигналы с альфы Центавра (как в «Стартреке» и «Бонанце», любимых фантастических сериалах моего детства), тогда критерии поиска должны быть очевидны. Вероятность получения нами таких сигналов выражена в известном уравнении Дрейка (в честь американского радиоастронома Франка Дрейка) и равна произведению нескольких вероятностей (например, вероятностей того, что у звезды имеются планеты и по крайней мере одна из них находится в обитаемой зоне жизни, и эта потенциальная форма жизни посылает радиоволны именно тогда, когда мы можем их обнаружить, т. е. не слишком рано и не слишком поздно).
Условия для формирования жизни, сложной и технологически продвинутой, вероятно, более сложны и не исчерпываются астрономическим положением и радиусом орбиты.
То есть не только солнечный свет определяет условия нашего ровного климата. Например, в Солнечной системе Земля, естественно, расположена внутри орбитальной зоны жизни (особенно учитывая все эмпирические доказательства того, что она действительно населена). Однако, если бы в атмосфере Земли не было водяного пара или углекислого газа, тогда не было бы и парникового эффекта и поверхность нашей планеты, вероятно, замерзла бы, покрывшись снегом и льдом. Возможно, это и происходило в течение нескольких периодов в далеком прошлом (мы обсудим это далее).
Даже если некоторое количество жидкой воды сохранилось под ледяным покровом, Земля не получала достаточно солнечной энергии для поддержания жизни (учитывая высокую
отражательную способность снега и льда). Если бы жизнь могла получать энергию только из других источников, например вулканизма, то для этого потребовался бы вулканизм в дополнение к нужной орбите. С другой стороны, если весь первоначальный углекислый газ, эквивалентный давлению в 60 атм, который теперь содержится в земной коре, оказался в атмосфере, парниковый эффект слишком сильно нагрел бы поверхность планеты.
При экстремальных условиях — слишком высокой или слишком низкой температуре — мы могли бы рассчитывать в лучшем случае лишь на одноклеточную жизнь. Короче говоря, орбита определяет не все. Но тогда каковы они, эти условия жизни? Хороший вопрос.
Гипотеза уникальной Земли, предложенная геологом Питером Уордом и астрономом Дональдом Браунли, — хорошая, хотя и спорная попытка ответить на парадокс Ферми. Она утверждает, что наша планета стала пригодна для жизни благодаря почти невероятному, уникальному стечению обстоятельств, которые позволили возникнуть живым организмам, а следовательно, и людям. Это сочетание благоприятных условий настолько маловероятно, что шансы обнаружить внеземные радиосигналы в ограниченное время наших наблюдений ничтожно малы. Таким образом, ответ на вопрос Ферми заключается в том, что Галактика больше смахивает на пустыню Гоби, чем на Гонконг или Париж.
В соответствии с гипотезой уникальной Земли наша планета отвечает всем необходимым астрономическим условиям, находясь в нужном месте Галактики, т. е. не слишком близко к ее центру со множеством звезд и интенсивным излучением, которое испускает вещество, падающее в сверхмассивную черную дыру. Земля сформировалась в нужное время, чтобы на ней оказались строительные блоки для жизни. Мы находимся в середине орбитальной зоны жизни Солнечной системы, на нашей планете есть вода не только в жидком, но и в газообразном и твердом состоянии (что очень важно для климата; подробнее об этом ниже). В дополнение к благоприятным астрономическим условиям на Земле происходит тектоника плит, стабилизирующая климат. У Земли есть большой спутник, а значит, и приливные зоны, организмы в них должны были выживать и под водой, и на суше, что способствовало выходу жизни на сушу. Также у Земли «правильный» угол наклона оси вращения, что приводит к смене времен года, а это, в свою очередь, увеличивает биологическое разнообразие.
В истории Земли происходили массовые вымирания видов, вызванные астероидными бомбардировками планеты и вулканической активностью. Например, Массовое пермское вымирание около 250 млн лет назад, вероятно, было вызвано извержениями вулканов на территории Сибири, когда огромные потоки лавы высвободили токсичные газы и выжгли множество угольных пластов, что способствовало глобальному потеплению. Образование суперконтинента также приводило к изменению береговой линии и связанных с ней морских экосистем. Каждое массовое вымирание вызывало экологическую перезагрузку, способствуя большему биологическому разнообразию и эволюции.
К сожалению, нам известна только одна такая планета — Земля. У нас слишком мало данных, чтобы определить, является ли сочетание всех этих условий абсолютно необходимым для развития жизнепригодности. Достаточно ли некоторых из этих условий или необходимы они все? У нас только одна планета для сбора данных, поскольку мы не знаем другой планеты земной группы с тектоникой плит, водой в жидком состоянии и большим естественным спутником.
Со временем мы узнаем больше, потому что астрономы уже открыли ряд планет земного типа, обращающихся вокруг других звезд.
Раньше или позже мы увидим, есть ли на них условия, необходимые для жизни, правда, для того, чтобы увидеть детали, например океаны и тектонику плит, потребуются телескопы с более высоким разрешением и четкостью.
Мы также не знаем, зависят ли друг от друга некоторые уникальные условия: если они независимы, это делает их одновременное наличие маловероятным, если же они связаны, одновременность вполне объяснима. Например, наличие воды в жидком виде и тектоники плит (и таких связанных с ними процессов, как вулканизм и суперконтинентальные циклы) сильно зависят друг от друга, и потому их одновременное существование не может быть просто совпадением.
Возможно, на любой планете земного типа, где есть вода в жидком состоянии, есть и тектоника плит — мы этого пока просто не знаем. Точно так же гипотеза уникальной Земли предполагает, что эти условия необходимы для развития живой природы, какой мы ее знаем; в каком-то смысле это лишь «рецепт» для возникновения таких же форм сложной жизни, как на Земле, но не общая теория возникновения сложной жизни вообще.
Пока это единственный рецепт, который нам известен. Но мы могли бы узнать рецепты и других форм жизни. Живя на нашей «провинциальной» планете, мы еще слишком мало знаем даже о Солнечной системе и не можем представить себе другие формы жизни.
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.
Объяснение происхождения жизни на Земле
Серия объяснений
Узнайте больше о прорывах, впервые реализованных в Чикагском университете
К Стив Коппес
Происхождение жизни на Земле считается одной из величайших загадок науки. Были предложены различные ответы, но все они остаются непроверенными. Чтобы выяснить, одни ли мы в галактике, нам нужно лучше понять, какие геохимические условия взрастили первые формы жизни.
Какие водные, химические и температурные циклы способствовали химическим реакциям, позволившим зародиться жизни на нашей планете? Поскольку жизнь возникла в малоизученных поверхностных условиях ранней истории Земли, ответы на эти и другие вопросы остаются сложной задачей.
В Чикагском университете было проведено несколько плодотворных экспериментов по этой теме, в том числе эксперимент Миллера-Юри, который показал, как строительные блоки жизни могут формироваться в первобытном бульоне.
Перейти к разделу:
- Когда зародилась жизнь на Земле?
- Где зародилась жизнь на Земле?
- Каковы составляющие жизни на Земле?
- Каковы основные научные теории возникновения жизни?
- Что такое хиральность и почему она важна с биологической точки зрения?
- Какие исследования происхождения жизни в настоящее время проводят ученые Калифорнийского университета в Чикаго?
Земле около 4,5 миллиардов лет.
Ученые считают, что 4,3 миллиарда лет назад на Земле могли быть созданы условия, подходящие для поддержания жизни. Однако самым старым известным окаменелостям всего 3,7 миллиарда лет. В течение этого окна в 600 миллионов лет жизнь могла возникать неоднократно, но только для того, чтобы быть уничтоженной катастрофическими столкновениями с астероидами и кометами.
Детали тех ранних событий плохо сохранились в древнейших горных породах Земли. Некоторые намеки исходят от древнейших цирконов, очень прочных минералов, образовавшихся в магме. Ученые обнаружили следы формы углерода — важного элемента живых организмов — в одном из таких цирконов возрастом 4,1 миллиарда лет. Тем не менее, это не дает достаточно доказательств, чтобы доказать существование жизни в то раннее время.
Где зародилась жизнь на Земле?В вулканически активных гидротермальных средах на суше и на море существуют две возможности.
Некоторые микроорганизмы процветают в обжигающей, очень кислой среде горячих источников, подобных тем, которые сегодня встречаются в Исландии, Норвегии и Йеллоустонском национальном парке.
То же самое касается глубоководных гидротермальных источников. Эти дымоходы образуются там, где морская вода вступает в контакт с магмой на дне океана, в результате чего образуются потоки перегретых шлейфов. Микроорганизмы, живущие рядом с такими шлейфами, побудили некоторых ученых предположить, что они являются местом рождения первых форм жизни на Земле.
Органические молекулы также могли образовываться в некоторых типах глинистых минералов, что могло бы создать благоприятные условия для защиты и сохранения. Это могло произойти на Земле в ее ранней истории или на кометах и астероидах, которые позже принесли их на Землю в результате столкновений. Это предполагает, что тот же самый процесс мог посеять жизнь на планетах в других частях Вселенной.
Из чего состоит жизнь на Земле? Рецепт состоит из постоянного источника энергии, органических соединений и воды.
Солнечный свет обеспечивает источник энергии на поверхности, который управляет фотосинтезом. На дне океана геотермальная энергия поставляет химические питательные вещества, необходимые организмам для жизни.
Также важны элементов, важных для жизни . Для нас это углерод, водород, кислород, азот и фосфор. Но есть несколько научных загадок о том, как эти элементы оказались вместе на Земле. Например, ученые не ожидали, что планета, сформировавшаяся так близко к Солнцу, будет естественным образом включать углерод и азот. Эти элементы становятся твердыми только при очень низких температурах, которые существуют во внешней части Солнечной системы, а не ближе к солнцу, где находится Земля. Кроме того, углерод, как и золото, редко встречается на поверхности Земли. Это потому, что углерод химически чаще связывается с железом, чем с камнем. Золото также чаще связывается с металлом, поэтому большая его часть оказывается в ядре Земли. Итак, как туда попали небольшие количества, найденные на поверхности? Мог ли аналогичный процесс развернуться и на других планетах?
Последний ингредиент вода.
В настоящее время вода покрывает около 70% поверхности Земли, но сколько ее было на поверхности 4 миллиарда лет назад? Подобно углероду и азоту, вода с гораздо большей вероятностью войдет в состав твердых объектов, образовавшихся на большем расстоянии от Солнца. Чтобы объяснить его присутствие на Земле, одна из теорий предполагает, что класс метеоритов, называемых углеродистыми хондритами, образовался достаточно далеко от Солнца, чтобы служить системой доставки воды.
Существует несколько теорий возникновения жизни на Земле. К ним относятся:
Жизнь возникла из первобытного бульона
Будучи аспирантом Чикагского университета в 1952 году, Стэнли Миллер провел знаменитый эксперимент с Гарольдом Юри, лауреатом Нобелевской премии по химии. Их результаты исследовали идею о том, что жизнь сформировалась в первозданном бульоне.
Миллер и Юри ввели аммиак, метан и водяной пар в закрытый стеклянный контейнер, чтобы имитировать то, что тогда считалось условиями ранней атмосферы Земли. Затем они пропускали через контейнер электрические искры, чтобы имитировать молнию. Вскоре образовались аминокислоты, строительные блоки белков. Миллер и Юри поняли, что этот процесс мог проложить путь молекулам, необходимым для возникновения жизни.
Теперь ученые считают, что ранняя атмосфера Земли имела химический состав, отличный от рецепта Миллера и Юри. Тем не менее, эксперимент породил новую научную область под названием пребиотическая или абиотическая химия, химия, предшествовавшая зарождению жизни. Это противоположно биогенезу, идее, что только живой организм может породить другой живой организм.
Посеянные кометами или метеорами
Некоторые ученые считают, что некоторые важные для жизни молекулы могут быть получены за пределами Земли. Вместо этого они предполагают, что эти ингредиенты пришли из метеоритов или комет.
«Коллега однажды сказал мне: «Гораздо проще построить дом из лего, когда они падают с неба», — сказал Фред Сьесла, профессор геофизических наук из Калифорнийского университета в Чикаго. Цисла и его коллега Скотт Сэндфорд из Исследовательского центра Эймса НАСА опубликовали исследование, показывающее, что сложные органические соединения легко образовывались в условиях, которые, вероятно, преобладали в ранней Солнечной системе, когда формировалось много метеоритов.
Метеоритытогда могли служить космическими Mayflowers, которые доставляли молекулярные семена на Землю. В 1969 метеорит Мерчисон, упавший в Австралии, содержал десятки различных аминокислот — строительных блоков жизни.
Согласно экспериментальным результатам, опубликованным в 2001 году группой исследователей из Аргоннской национальной лаборатории, Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, кометы могли также предложить поездку молекулам, путешествующим автостопом.
Показав, что аминокислоты могут пережить столкновение огненной кометы с Землей, команда укрепила идею о том, что сырье для жизни пришло из космоса.
В 2019 году группа исследователей из Франции и Италии сообщила об обнаружении внеземного органического материала, сохранившегося в отложениях возрастом 3,3 миллиарда лет в Барбертоне, Южная Африка. Команда предположила, что микрометеориты являются вероятным источником материала. Дополнительные такие доказательства были получены в 2022 году из образцов астероида Рюгу, доставленных на Землю японской миссией Хаябуса-2. Количество аминокислот, обнаруженных в образцах Рюгу, теперь превышает 20 различных типов.
Что такое хиральность и почему она важна с биологической точки зрения? В 1953 году исследователи Калифорнийского университета в Чикаго опубликовали знаменательную статью в журнале Journal of Biological Chemistry , которая ознаменовала открытие концепции прохиральности, которая пронизывает современную химию и биологию.
В документе описывается эксперимент, показывающий, что хиральность молекул — или «рукость», во многом похожая на правую и левую руки, — управляет всеми жизненными процессами. Без хиральности большие биологические молекулы, такие как белки, не смогли бы образовать структуры, которые можно было бы воспроизвести.
Сегодня исследования происхождения жизни в Университете Чикаго расширяются. По мере того, как ученым удавалось находить все больше и больше экзопланет, то есть планет вокруг звезд в других частях галактики, вопрос о том, каковы основные ингредиенты жизни и как искать их признаки, обострился.
Лауреат Нобелевской премии Джек Шостак присоединился к факультету Чикагского университета в качестве профессора химии в 2022 году и возглавит новую междисциплинарную университетскую инициативу «Происхождение жизни» для координации исследований происхождения жизни на Земле.
К инициативе присоединяются ученые из нескольких отделов Отделения физических наук, в том числе специалисты в области химии, астрономии, геологии и геофизики.
«Прямо сейчас мы получаем поистине беспрецедентные объемы данных: такие миссии, как Hayabusa и OSIRIS-REx, доставляют нам кусочки астероидов, что помогает нам понять условия, в которых формируются планеты, а новый телескоп НАСА JWST получает поразительные данные о солнечной системы и планет вокруг нас», — сказал профессор Чесла. «Я думаю, что мы добьемся огромного прогресса в этом вопросе».
Последнее обновление: 19 сентября 2022 г.
Планета Земля: Факты о нашей родной планете
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
Изображение Земли в космосе подобно голубому мрамору подчеркивает хрупкость планеты и красоту Земли.
(Изображение предоставлено НАСА)Земля, наш дом, третья планета от Солнца. Пока ученые продолжают искать признаки жизни за пределами Земли, наша родная планета остается единственным местом во Вселенной, где мы когда-либо обнаруживали живые организмы.
Земля — пятая по величине планета Солнечной системы. Он меньше четырех газовых гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — но больше трех других скалистых планет — Меркурия, Марса и Венеры.
Земля имеет диаметр примерно 8 000 миль (13 000 километров) и в основном круглая, потому что гравитация обычно стягивает материю в шар. Но вращение нашей родной планеты приводит к тому, что она сжимается на полюсах и раздувается на экваторе, что делает истинную форму Земли «сплюснутым сфероидом».
Связанный: Насколько велика Земля?
Наша планета уникальна по многим причинам, но наличие на ней воды и кислорода — две определяющие особенности. Вода покрывает примерно 71% поверхности Земли, причем большая часть этой воды находится в океанах нашей планеты.
Примерно пятая часть атмосферы Земли состоит из кислорода, вырабатываемого растениями.
Связанные: 15 мест на Земле, которые выглядят экзопланетарными
Орбита планеты Земля вокруг Солнца
Пока Земля вращается вокруг Солнца, планета одновременно вращается вокруг воображаемой линии, называемой осью, которая проходит через ядро с севера от полюса до Южного полюса. Земля занимает 23,934 часа до совершают оборот вокруг своей оси и 365,26 дня, чтобы совершить полный оборот вокруг Солнца — наши дни и годы на Земле определяются этими вращениями.
Ось вращения Земли наклонена относительно плоскости эклиптики, воображаемой поверхности, проходящей через орбиту планеты вокруг Солнца. Это означает, что северное и южное полушария иногда будут направлены к солнцу или от него в зависимости от времени года, и это изменяет количество света, получаемого полушариями, что приводит к смене времен года.
Земля вращается вокруг Солнца в так называемой «зоне Златовласки «, где температура как раз подходит для поддержания жидкой воды на поверхности нашей планеты.
Орбита Земли представляет собой не идеальный круг, а скорее эллипс слегка овальной формы, подобный орбитам всех других планет в нашей Солнечной системе. Наша планета находится немного ближе к Солнцу в начале января и дальше в июле, хотя эта близость оказывает гораздо меньшее влияние на температуру, с которой мы сталкиваемся на поверхности планеты, чем наклон земной оси.
Статистические данные об орбите Земли по данным НАСА:
- Среднее расстояние от Солнца: 92 956 050 миль (149 598 262 км)
- Перигелий (самое близкое сближение с Солнцем): 91 402 640 миль (147 098 291 дальнее расстояние от Афе 151 км) 9001 Солнце): 94 509 460 миль (152 098 233 км)
- Продолжительность солнечных суток (один оборот вокруг своей оси): 23,934 часа
- Продолжительность года (один оборот вокруг Солнца): 365,26 дня
- Экваториальное наклонение к орбите: 23,4393 градуса
(Изображение предоставлено Getty)Формирование и развитие Земли
Ученые считают, что Земля образовалась примерно в то же время, что и Солнце и другие планеты, примерно 4,6 миллиарда лет назад, когда Солнечная система объединилась из гигантского вращающегося облака газа и пыли, известного как как солнечная туманность. По мере того, как туманность разрушалась под действием собственной гравитации, она вращалась быстрее и сплющивалась в диск. Затем большая часть материала этого диска была стянута к центру, чтобы сформировать солнце.
Другие частицы внутри диска столкнулись и слиплись, образуя все более крупные тела, включая Землю. Ученые считают, что Земля изначально представляла собой безводную массу горных пород.
«Считалось, что из-за того, что эти астероидов и комет летали вокруг и сталкивались с Землей, условия на ранней Земле могли быть адскими», — ранее говорила Симона Марчи, планетолог из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.
рассказал Space.com.
Тем не менее, анализ минералов, заключенных в древних микроскопических кристаллах, позволяет предположить, что жидкая вода уже присутствовала на Земле в течение первых 500 миллионов лет ее существования, сказал Марчи.
Радиоактивные материалы в горных породах и растущее давление в недрах Земли произвели достаточно тепла, чтобы расплавить недра планеты, в результате чего некоторые химические вещества поднялись на поверхность и образовали воду, а другие превратились в газы атмосферы. Недавние данные свидетельствуют о том, что земная кора и океаны могли образоваться примерно через 200 миллионов лет после того, как планета приобрела форму.
Связанный: 10 кратеров от столкновения с Землей, которые вы должны увидеть
Представление художника о пыли и газе, окружающих недавно сформированную планетную систему. Большая часть массы этой бывшей туманности становится звездой в центре системы. Другие скопления и столкновения образуют планеты.
(Изображение предоставлено НАСА)Внутренняя структура Земли
Ядро Земли имеет ширину около 4 400 миль (7 100 км), что немного больше половины диаметра Земли и примерно такого же размера, как Марс. Самые внешние 1400 миль (2250 км) ядра жидкие, а внутреннее ядро твердое. Это твердое ядро примерно в четыре пятых меньше земной Луны и имеет диаметр около 1600 миль (2600 км). Ядро отвечает за магнитное поле планеты, которое помогает отклонять вредные заряженные частицы, выпущенные солнцем.
Над ядром находится мантия Земли толщиной около 1800 миль (2900 км). Мантия не совсем жесткая, но может течь медленно. Земная кора плавает на мантии подобно тому, как кусок дерева плавает в воде. Медленное движение горных пород в мантии перемещает континенты и вызывает землетрясения, извержения вулканов и образование горных хребтов.
Связанный: Земные слои: исследование нашей планеты изнутри и снаружи
Над мантией Земля имеет два вида коры. Суша континентов состоит в основном из гранита и других светлых силикатных минералов, в то время как дно океана состоит в основном из темной плотной вулканической породы, называемой базальтом.
Средняя толщина континентальной коры составляет около 25 миль (40 км), хотя в некоторых районах она может быть тоньше или толще. Океаническая кора обычно имеет толщину всего около 8 км. Вода заполняет низкие участки базальтовой коры, образуя мировой океан.
Земля нагревается ближе к своему ядру. В нижней части континентальной коры температура достигает примерно 1800 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию), повышаясь примерно на 3 градуса по Фаренгейту на милю (1 градус по Цельсию на километр) ниже коры. Геологи считают, что температура внешнего ядра Земли составляет от 6700 до 7800 градусов по Фаренгейту (от 3700 до 4300 градусов по Цельсию), а температура внутреннего ядра может достигать 12 600 градусов по Фаренгейту (7000 градусов по Цельсию) — жарче, чем на поверхности Солнца.
На изображении, модифицированном НАСА, художник показывает внутреннюю структуру Земли, состоящую из ядра, мантии и коры. (Изображение предоставлено Shutterstock)Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли создается токами, протекающими во внешнем ядре Земли.
Магнитные полюса всегда находятся в движении, а магнитный Северный полюс ускоряет свое движение на север до 24 миль (40 км) в год с момента начала отслеживания в 1830-х годах. Скорее всего, через несколько десятилетий он покинет Северную Америку и достигнет Сибири.
Магнитное поле Земли меняется и другими способами. По данным НАСА, во всем мире магнитное поле ослабло на 10 процентов с 19 века.
Но эти изменения незначительны по сравнению с тем, что магнитное поле Земли делало в прошлом. Примерно несколько раз в миллион лет поле полностью переворачивается, и Северный и Южный полюса меняются местами. Как ранее сообщал Space.com, магнитному полю может потребоваться от 100 до 3000 лет, чтобы совершить переворот.
По словам Эндрю Робертса, профессора Австралийского национального университета, сила магнитного поля Земли уменьшилась примерно на 90 процентов, когда в древнем прошлом произошла инверсия поля. Падение делает планету более уязвимой для солнечных бурь и радиации, которые могут значительно повредить спутники, а также коммуникационную и электрическую инфраструктуру.
«Надеемся, что такое событие произойдет в далеком будущем, и мы сможем разработать технологии будущего, чтобы избежать огромного ущерба», — говорится в заявлении Робертса.
Когда заряженные солнечные частицы попадают в магнитное поле Земли, они сталкиваются с молекулами воздуха над магнитными полюсами, заставляя их светиться. Это явление известно как полярные сияния, северное и южное сияние.
Атмосфера Земли
Атмосфера Земли окружает планету, но становится все тоньше и тоньше по мере удаления от поверхности. (Изображение предоставлено НАСА)Атмосфера Земли примерно на 78 процентов состоит из азота и на 21 процент из кислорода, со следовыми количествами воды, аргона, углекислого газа и других газов. Ни на одной другой планете Солнечной системы нет атмосферы, насыщенной свободным кислородом, который жизненно важен для одной из других уникальных особенностей Земли: жизни.
Воздух окружает Землю и становится тоньше по мере удаления от поверхности.
Примерно в 100 милях (160 км) над Землей воздух настолько разрежен, что спутники могут проноситься через атмосферу с небольшим сопротивлением. Тем не менее, следы атмосферы можно найти на высоте 370 миль (600 км) над поверхностью планеты.
Нижний слой атмосферы известен как тропосфера, которая постоянно находится в движении и поэтому у нас есть погода. Солнечный свет нагревает поверхность планеты, заставляя теплый воздух подниматься в тропосферу. Этот воздух расширяется и охлаждается по мере уменьшения атмосферного давления, и, поскольку этот холодный воздух плотнее, чем его окружение, он затем опускается и снова нагревается Землей.
Над тропосферой, примерно в 30 милях (48 км) над поверхностью Земли, находится стратосфера. Неподвижный воздух стратосферы содержит озоновый слой, который образовался, когда ультрафиолетовое излучение заставило три атома кислорода соединиться в молекулы озона. Озон предотвращает попадание большей части вредного солнечного ультрафиолетового излучения на поверхность Земли, где оно может повредить и мутировать жизнь.
Водяной пар, углекислый газ и другие газы в атмосфере улавливают солнечное тепло, нагревая Землю. Без этого так называемого «парникового эффекта» Земля, вероятно, была бы слишком холодной для существования жизни, хотя безудержный парниковый эффект привел к адским условиям на нынешней поверхности Венеры.
Спутники на околоземной орбите показали, что верхние слои атмосферы на самом деле расширяются в течение дня и сжимаются ночью из-за нагрева и охлаждения.
Химический состав Земли
Кислород является наиболее распространенным элементом в горных породах земной коры, составляя примерно 47 процентов веса всей горной породы. Вторым по распространенности элементом является кремний (27 процентов), за ним следует алюминий (8 процентов); железо, 5%; кальций, 4%; и натрий, калий и магний, примерно по 2% каждого.
Земное ядро состоит в основном из железа и никеля и потенциально меньшего количества более легких элементов, таких как сера и кислород. Мантия состоит из силикатных пород, богатых железом и магнием (сочетание кремния и кислорода известно как кремнезем, а минералы, содержащие кремнезем, известны как силикатные минералы).
Луна Земли
На этой фотографии показана Луна над горизонтом Земли. (Изображение предоставлено НАСА)Луна Земли имеет ширину 2159 миль (3474 км), что составляет около одной четверти диаметра Земли. У нашей планеты есть одна луна, а у Меркурия и Венеры их нет, а у всех остальных планет в нашей Солнечной системе их две или более.
Основное объяснение того, как образовалась Луна на Земле, состоит в том, что гигантский удар выбил сырье для луны с примитивной расплавленной Земли на орбиту. Ученые предположили, что объект, упавший на планету, имел примерно 10% массы Земли — размером с Марс.
Земля из космоса
Космонавты и ученые многое узнали о нашей планете, покинув ее. С расстояния 240 миль (408 километров) на борту Международной космической станции (МКС) астронавты могут наблюдать тонкую и хрупкую атмосферу Земли.
Между тем, спутники на орбите Земли могут отслеживать реакцию планеты на изменения, вызванные естественным путем и человеком, в большем масштабе.
Спутники были запущены для обнаружения изменений в дыре в озоновом слое, мониторинга облачности и погодных условий, а также для управления использованием людьми ресурсов Земли.
Жизнь на Земле
Земля — единственная планета во Вселенной, на которой, как известно, есть жизнь. Планета может похвастаться несколькими миллионами описанных видов, обитающих в средах обитания от самых глубоких океанских глубин до нескольких миль в атмосфере. Исследователи считают, что осталось гораздо больше видов, которые еще предстоит описать науке.
Исследователи подозревают, что есть и другие кандидаты на место жизни в нашей Солнечной системе, такие как спутник Сатурна 9.0125 Титан или спутник Юпитера Европа — могли быть домом для примитивных живых существ. Ученым еще предстоит точно определить, как именно наши примитивные предки впервые появились на Земле, хотя большинство считает, что химический бульон на планете дал начало строительным блокам живых организмов.
(Согласно предыдущему отчету Space.com, точный набор обстоятельств, необходимых для создания жизни на безжизненной планете, довольно маловероятен, так что, похоже, нам очень повезло.)
Подробнее из Live Science: Как возникла жизнь на Земле?
Другая теория предполагает, что жизнь сначала зародилась на соседней планете Марс, которая когда-то могла быть обитаемой, а затем перебралась на Землю на метеоритах, сброшенных с Красной планеты ударами других космических камней.
«Тем не менее, нам повезло, что мы оказались здесь, потому что, безусловно, Земля была лучшей из двух планет для поддержания жизни», — сказал Space.com биохимик Стивен Беннер из Вестхаймерского института науки и технологий во Флориде. «Если бы наши гипотетические марсианские предки остались на Марсе, возможно, не было бы о чем рассказывать».
Дополнительные ресурсы
- Узнайте больше о нашей планете в «Краткой истории Земли: четыре миллиарда лет в восьми главах (откроется в новой вкладке)» (Custom House, 2021) Эндрю Х.
