Обита́емая зо́на , зо́на обита́емости , зона жизни ( англ. habitable zone, HZ ) в астрономии — условная область в космосе , определённая из расчёта, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе . Соответственно, такие планеты (или их спутники ) будут благоприятны для возникновения жизни , похожей на земную. Вероятность возникновения жизни наиболее велика в обитаемой зоне в окрестностях звезды ( circumstellar habitable zone, CHZ ), находящейся при этом в обитаемой зоне галактики ( galactic habitable zone, GHZ ), хотя исследования последней пока находятся в зачаточном состоянии.

Нахождение планеты в обитаемой зоне и её благоприятность для жизни не обязательно связаны: первая характеристика описывает условия в планетной системе в целом, а вторая — непосредственно на поверхности небесного тела.

В англоязычной литературе обитаемую зону также называют зо́ной Златовла́ски ( англ. Goldilocks Zone ). Это название представляет собой отсылку к английской сказке Goldilocks and the Three Bears , на русском языке известной под названием « Три медведя ». В сказке Златовласка пытается воспользоваться несколькими наборами из трёх однородных предметов, в каждом из которых один из предметов оказывается по какому-либо параметру избыточным (большим, твёрдым, горячим и т. п.), другой — недостаточным (маленьким, мягким, холодным…), а третий, промежуточный между ними, предмет приходится «в самый раз», золотой серединой . Аналогично, для того, чтобы оказаться в обитаемой зоне, планета не должна находиться ни слишком далеко от звезды, ни слишком близко к ней, а на «правильном» удалении.

Обитаемая зона звезды

Границы обитаемой зоны установлены исходя из требования наличия на находящихся в ней планетах воды в жидком состоянии, поскольку она является необходимым растворителем во многих биохимических реакциях.

За внешней границей обитаемой зоны планета не получает достаточно радиации центрального светила, чтобы компенсировать потери на излучение, и её температура опустится ниже точки замерзания воды. Планета, расположенная ближе к светилу, чем внутренняя граница обитаемой зоны, будет чрезмерно нагреваться его излучением, в результате чего вода испарится.

Расстояние от звезды, где это явление возможно, вычисляется по размеру и светимости звезды. Центр обитаемой зоны для конкретной звезды описывается уравнением:

${\displaystyle d_{AU}={\sqrt {L_{star}/L_{sun}}}}$ , где:

${\displaystyle d_{AU}}$ — средний радиус обитаемой зоны в астрономических единицах ,

${\displaystyle L_{star}}$ — болометрический показатель ( светимость ) звезды,

${\displaystyle L_{sun}}$ — болометрический показатель (светимость) Солнца .

Обитаемая зона в Солнечной системе

Существуют разные оценки того, где простирается обитаемая зона в Солнечной системе :

Внутренняя граница, а.e.	Внешняя граница, а.е.	Источник	Примечания
0,725	1,24	Dole 1964	Оценка в предположении оптически прозрачной атмосферы и фиксированного альбедо .
0,95	1,01	Hart et al. 1978, 1979	Звёзды K0 и дальше не могут иметь обитаемой зоны
0,95	3,0	Fogg 1992	Оценка с использованием углеродных циклов
0,95	1,37	Kasting et al. 1993
—	1 – 2 % дальше…	Budyko 1969 , Sellers 1969 , North 1975	…приводит к глобальному оледенению.
0.93 – 0.96	—	Rasool & DeBergh 1970	…и океаны не сконденсируются. (по результатам NASA на 1967 год, без учета изменения напряженности магнитного поля)
—	—	Schneider and Thompson 1980	Критика Hart.
—	—	Kasting 1991
—	—	Kasting 1988	Водяные облака могут сузить обитаемую зону, поскольку они повышают альбедо , и тем самым противодействуют парниковому эффекту .
—	—	Ramanathan and Collins 1991	Парниковый эффект для инфракрасного излучения имеет более сильное влияние, чем повышенное из-за облаков альбедо, и Венера должна была быть сухой.
—	—	Lovelock 1991
—	—	Whitemire et al. 1991

Галактическая обитаемая зона

Соображения насчёт того, что местоположение планетной системы , находящейся в пределах галактики , должно оказывать влияние на возможность развития жизни, привело к концепции т. н. «галактической обитаемой зоны» ( англ. GHZ , galactic habitable zone ). Концепцию развил в 1995 году , несмотря на её оспаривание .

Галактическая обитаемая зона представляет собой, по имеющимся на данный момент представлениям, кольцеобразный регион, расположенный в плоскости галактического диска . По оценкам, в Млечном Пути обитаемая зона расположена в регионе от 7 до 9 к пк от центра галактики , расширяющемся со временем и содержащем звёзды возрастом от 4 до 8 миллиардов лет. Из этих звёзд 75 % старше Солнца .

В 2008 году группа учёных опубликовала проведённое обширное компьютерное моделирование , в соответствии с которым, по крайней мере в галактиках, подобных Млечному Пути, звёзды, подобные Солнцу, могут мигрировать на большие расстояния. Это противоречит концепции, что некоторые зоны галактики более пригодны для образования жизни, чем другие .

Поиск планет в обитаемой зоне

Планеты в обитаемых зонах крайне интересны для учёных, которые ищут как внеземную жизнь, так и будущие дома для человечества .

Уравнение Дрейка , которое пытается определить вероятность внеземной разумной жизни, включает переменную ( n _e ) в качестве числа жизнепригодных планет в звёздных системах с планетами. Нахождение экзопланет Златовласки помогает уточнить значения для этой переменной. Крайне низкие значения могут подтвердить гипотезу уникальной Земли , которая утверждает, что к зарождению жизни на Земле привела серия крайне маловероятных случаев и событий. Высокие значения могут усилить принцип заурядности Коперника в положении: большое количество планет Златовласки означает, что Земля не уникальна.

Поиск одинаковых по размеру с Землёй планет в обитаемых зонах звёзд — ключевая часть миссии Кеплер , которая использует космический телескоп (запущен 7 марта 2009 года, UTC) для обследования и сбора характеристик планет в обитаемых зонах . На апрель 2011 года было обнаружено 1235 возможных планет, из которых 54 расположены в обитаемых зонах .

Первая подтверждённая экзопланета в обитаемой зоне — Kepler-22 b — была обнаружена в 2011 году . На 3 февраля 2012 года известно четыре достоверно подтверждённых планеты, находящихся в обитаемых зонах своих звёзд .

23 июля 2015 года в созвездии Лебедя была обнаружена экзопланета Kepler-452 b . Её диаметр всего на 60 % больше диаметра Земли, что делает её более похожей на нашу планету по сравнению с ранее обнаруженными. Период обращения планеты вокруг звезды составляет 385 суток, что так же крайне близко к периоду обращения Земли вокруг Солнца .

22 февраля 2017 года NASA заявило, что обнаружило сразу семь экзопланет около ультрахолодного звезды-карлика TRAPPIST-1 , три из которых имеют размеры, сравнимые с Землёй, и находятся в «обитаемой зоне» с возможностью наличия жидкой воды .

После уточнения космическим телескопом Gaia данных о расстоянии до 130 млн звёзд и их светимости, из 30 землеподобных и потенциально обитаемых экзопланет, найденных телескопом Kepler , статус земплеподобных миров, находящихся в зоне обитаемости, в 2018 году сохранили 12 планет (по оптимистичным оценкам) или 2 планеты (по самым пессимистичным оценкам) .

TOI-700 d — первая обнаруженная экзопланета земной группы , находящаяся в обитаемой зоне своей звезды. Открыта транзитным методом телескопом TESS .

Критика

Концепция обитаемой зоны критикуется Яном Стюартом и Джеком Коэном в книге «Evolving the Alien» . Два основных возражения заключаются в том, что, с одной стороны, предполагается, что внеземная жизнь имеет те же требования к условиям окружающей среды, что и земная (т. н. « углеродный шовинизм »), а с другой — упускается из виду то обстоятельство, что близость к светилу — не единственный возможный способ создания достаточной температуры на планете . В частности, спутник Юпитера Европа , как полагают, имеет мощный водный достаточно разогретый подземный океан, глубины которого весьма напоминают глубины земных океанов. Существование на Земле экстремофилов , таких как тихоходки , делает существование жизни на Европе вполне возможным, несмотря на то, что Европа находится вне расчётной обитаемой зоны. На спутнике Сатурна Титане жизнь может иметь не кислородно-водородную (водную), а скорее метановую основу. По мнению астронома Карла Сагана , неводная жизнь также возможна и на газовых гигантах наподобие Юпитера.

Разные величины вулканической активности, приливных эффектов, массы планеты и даже радиоактивного распада могут повлиять на уровни тепла и излучения на планете и снижать предпосылки жизни на планетах обитаемой зоны. Так, хотя вполне вероятно, что земная жизнь могла адаптироваться к окружающей среде, соответствующей таковой на Европе, зарождение жизни на последней гораздо менее вероятно ввиду жесточайшей радиации, которой подвергается Европа от мощного магнитного поля Юпитера. И возможно, что на планете, которая со временем вышла за пределы обитаемой зоны (например, на тех же газовых гигантах и Титане или другом спутнике Сатурна Энцеладе ), жизнь более вероятна, чем на той, которая по общим расчётам входит в неё.

Примечания

Ссылки

• (англ.)
• (англ.)