Гіпотеза унікальною Землі
Гіпотеза унікальною Землі - запропонований відповідь на парадокс Фермі, який пояснює, чому поява такої планети, як Земля, слід вважати дуже малоймовірним. Разом з допущенням про необхідну передумову появи високорозвинених форм життя - наявності планети земного типу, це б пояснювало відсутність ознак існування позаземних цивілізацій.
Гіпотеза унікальною Землі була вперше детально викладена в книзі «Унікальна Земля: Чому високорозвинена життя не є поширеним явищем у Всесвіті» (англ. Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe), написаної палеонтологом Пітером Уордом (англ. Peter Ward) і астрономом Дональдом Браунлі (англ. Donald Brownlee) [1]. Уорд і Браунлі скористалися розширеним рівнянням Дрейка для доказу того, що існування планети із земними характеристиками у Всесвіті слід вважати неймовірно рідкісним явищем.
зірка
Створити планету земного типу і довести її до правильного стану через 4,5 мільярдів років - складне завдання. По-перше, вона повинна утворитися близько багатою металами зірки (в астрофізиці металами називають всі хімічні елементи важче гелію [2]). Бідні металами зірки не здатні створити що-небудь, крім газових гігантів: на створення планет земного типу в газовій туманності просто-напросто не вистачить матеріалу. Таким чином виключається зовнішня частина Галактики. З іншого боку, якщо зірка містить занадто багато металів, планети будуть занадто важкими, будуть накопичувати газові оболонки, які буде утримувати їх величезна гравітація, зумовлена великою масою, і, знову ж таки, стануть газовими гігантами.
Зірка також повинна звертатися по круговій орбіті близько центру галактики: витягнута орбіта призведе до того, що зірка занадто наблизиться до енергетично насиченого ядра галактики і потрапить під жорстке радіаційне опромінення. Образно кажучи, зірка повинна жити в передмісті галактики, але не в центрі і не за околицею.
Отримавши зірку з правильною вмістом металів, слід переконатися, що вона може мати придатні для життя планети. Гаряча зірка, наприклад, Сіріус або Вега, мають широку населену зону (область, де температура поверхні планети буде близька до земної), але існують дві проблеми: по-перше, ця зона дуже віддалена від зірки, тому планети з твердим ядром, ймовірно, формуватимуться поблизу зірки і за межами житлової зони. Це не виключає, однак, можливості зародження життя на супутниках газових гігантів: гарячі зірки випромінюють достатньо ультрафіолету, який може в достатній мірі іонізувати атмосферу будь-якої планети. Інша проблема, пов'язана з гарячими зірками, - це те, що вони не живуть досить довго. Через приблизно один мільярд років (або менше) вони стають червоними гігантами, що може не залишити достатньо часу для еволюції високорозвиненою життя.
Холодні зірки перебувають не в кращому становищі. Жила зона, придатна для життя, буде вузькою і буде розташована близько до зірки, суттєво зменшуючи шанси отримати планету в правильному місці. Поблизу холодної зірки сонячні спалахи заллють планету радіацією та іонізують її атмосферу в не меншому ступені, ніж близько гарячої зірки. Жорстке рентгенівське випромінювання також буде інтенсивнішим.
Таким чином, з'ясовується, що «правильний» тип зірок обмежується проміжком від F7 до K1. Зірки цих типів рідкісні: зірки типу G, такі як Сонце, складають лише 5% зірок в нашій галактиці.
Взаємодія з іншими небесними тілами
Після того як планета сформувалася в межах житлової зони, небесне тіло розмірами приблизно як Марс має з нею зіткнутися (згідно Теорії гігантського зіткнення). Без такого зіткнення на планеті не утворюються тектонічні плити, оскільки континентальна кора покриває всю планету і не залишає місця для океанічної кори. Зіткнення також може привести до появи великої супутника, який стабілізує вісь обертання планети, і до злиття ядер планети та небесного тіла, необхідного для формування надмасивної планетного ядра, яке буде генерувати потужну магнітосферу, що захищає поверхню планети від сонячної радіації. Недавні дослідження Едварда Бельбруно і Річарда Готта дозволяють зробити висновок, що таке небесне тіло потрібного розміру може формуватися в троянських точках системи зірка-планета (L4 або L5), можливо роблячи цю подію більш імовірним.
Супутник щодо великих розмірів також збільшує шанси виживання високоорганізованих організмів, виконуючи функції астероїдного щита. Шанси зіткнення астероїда з масивних об'єктів бінарної системи, такої як Земля і Місяць, досить незначні. Більшість астероїдів будуть або повністю відкинуті, або вразять менш масивний об'єкт: щоб потрапити в більш масивне тіло, потрібна правильна комбінація швидкості і кута падіння. Таким чином, планета з великим супутником буде краще захищена від зіткнень (хоча випадкові зіткнення можуть бути необхідними, оскільки еволюційна теорія припускає, що масове вимирання може прискорити розвиток складних організмів). Також необхідною умовою є наявність в зоряній системі великого газового гіганта, такого як Юпітер, завдяки якому «сміття», що залишається на орбіті після формування планет, викидається в освіти, подібні поясу Койпера і хмарі Оорта.
Частота зіткнень і еволюція
Життя вимагає певного часу для зародження і досягнення певного рівня організації. Часті зіткнення з великими астероїдами, ймовірно, перешкоджають появі високоорганізованих організмів. Саме життя навряд чи зникне, але найскладніші організми з вищих гілок еволюції дуже вразливі і легко вимирають внаслідок планетарної катастрофи. Еволюційна теорія переривчастого рівноваги стверджує, що:
- як тільки екосистема планети досягає стану рівноваги (з заповненими усіма екологічними нішами), швидкість еволюційних змін різко зменшується;
- період, протягом якого досягається стан рівноваги, відносно короткий у порівнянні з геологічними процесами.
Вважається, що викопні рештки демонструють, що екологічна рівновага досягалося на Землі кілька разів, вперше після кембрійського вибуху. Кілька катастроф, що призвели до масового вимирання організмів, можливо, необхідні, щоб в процесі еволюції виникали радикально нові шляхи розвитку, і щоб життя уникла ситуації, коли її розвиток б зупинилося на півдорозі до розумного життя. Масове вимирання динозаврів, наприклад, дозволило ссавцям зайняти їх екологічні ніші, після чого еволюція попрямувала по новому шляху.
Таким чином, очевидно, що необхідні правильні значення сотень параметрів планети та зоряної системи, щоб високоорганізована життя стала можливою. Всесвіт неймовірно велика, вона значно перевищує можливості людського уявлення і розуміння, тому залишається шанс, що десь у Всесвіті існує планета земного типу з високоорганізованої життям. Проте, можливість того, що така планета існує досить близько від Сонця і що ми можемо коли-небудь її досягти або вступити з її жителями в контакт, практично дорівнює нулю. Це дозволяє парадокс Фермі: ми не бачимо ознак позаземного розуму, оскільки ймовірність появи ще однієї планети земного типу, здатної підтримувати високоорганізовану життя, навіть в масштабі Галактики мізерно мала.