статья - МБОУ СОШ№10
реклама
2 Маркова Мария Константиновна Краснодарский край, Тимашевский район, станица Медведовская МБОУ СОШ №10 имени А.С.Пушкина, 9класс «Возможна ли жизнь на других планетах». Научный руководитель: Евдокимова Екатерина Алексеевна учитель географии, МБОУ СОШ №10ст. Медведовская ВВЕДЕНИЕ Материалистическое понимание Вселенной утверждает зарождение и развитие жизни на других планетах, всюду, где условия благоприятствовали этому. Условиями существования известных нам форм жизни в первую очередь служат: температура не выше + 100° С и не ниже — 100° С; наличие углерода, входящего основной составной частью в строение живых организмов; наличие кислорода, основного участника жизненных, энергетических реакций живых органов; наличие воды и, наконец, отсутствие в атмосфере планеты ядовитых газов. Все эти условия могут быть соблюдены лишь в исключительных случаях, если искать их во Вселенной среди бесчисленных звезд и возможных планетных систем. Но именно эта бесчисленность звезд и их возможных планет чрезмерно повышает вероятность существования всех этих условий в тысячах, а быть может и миллионах точек Вселенной. Особенно интересны нам наши соседи — планеты нашей Солнечной системы, на которых с достаточной точностью могут быть нами установлены условия, существующие на их поверхности. Из всех планет Солнечной системы из числа носителей жизни сразу должны быть исключены планеты-гиганты: Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун. Они скованы вечным льдом и окружены ядовитыми атмосферами. На самом удаленном от солнца Плутоне—вечная ночь и нестерпимая стужа, на самом близком к солнцу Меркурии — нет воздуха. Одна его сторона, обращенная всегда к солнцу, раскалена, другая погружена в вечную тьму и космический холод. Наиболее благоприятны для зарождения жизни три планеты: Земля, Венера и Марс. Температурные условия на всех трех планетах не выходят за пределы тех, при которых жизнь возможна. Венера и Марс, как и Земля имеют атмосферу. Судить о составе атмосферы Венеры трудно, так как планета окутана сплошным покровом облаков. Однако в верхних слоях атмосферы обнаружены ядовитые газы. Атмосфера Венеры, по-видимому, чрезвычайно богата углекислотой, гибельной для животных, но служащей прекрасной средой для развития низших растений. Существование зарождающейся жизни на Венере не исключено, но пока не может быть доказано. По-иному обстоит вопрос с другим соседом Земли, с Марсом. 3 Маркова Мария Константиновна Краснодарский край, Тимашевский район, станица Медведовская МБОУ СОШ №10 имени А.С.Пушкина, 9класс «Возможна ли жизнь на других планетах». Научный руководитель: Евдокимова Екатерина Алексеевна учитель географии, МБОУ СОШ №10ст. Медведовская 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ УЧЁНЫХ О ВСЕЛЕННОЙ Самые древнейшие книги, известные человечеству, — это индусские Веды. В них выражена мысль о том, что, кроме Земли, есть и другие небесные тела и что там «души человеческие перевоплощаются». Индусские Веды, таким образом, допускали возможные условия для жизни на других планетах. Древнегреческие и древнеримские ученые считали, что Земля — не единственное тело во Вселенной, на котором есть жизнь. Так, Митродор из Лапсака писал, что считать Землю единственным населенным миром в бесконечном пространстве было бы столь же неразумно, как и верить, что на громадном поле растет всего один пшеничный колос. Римский философ Лукреций писал, что весь видимый мир не может быть единственным в природе и мы должны верить, что есть в других местах Вселенной другие земли, другие существа и другие люди.[1] Уверенность в том, что Земля не является единственным телом во Вселенной, на котором существует жизнь, особенно укрепилась после того, как великий польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля не находится в центре солнечной системы, а движется, как и другие планеты, вокруг Солнца. Знаменитая книга с изложением этого открытия вышла в свет в 1543 году (в год смерти Коперника). А вот имена некоторых великих средневековых ученых, живших после Коперника и считавших, что Земля не является единственной носительницей жизни во Вселенной. Во Франции — Декарт и Паскаль, в Италии — Джордано Бруно и Галилей, в Германии — Кеплер и Лейбниц, в Англии — Ньютон. В XVIII веке мысль о множестве обитаемых миров высказывали такие ученые, как Ламберт и Лаплас — во Франции, Бодэ — в Германии и первый русский ученый М. В. Ломоносов. Материалисты считают, что жизнь является высшей стадией развития материи и должна возникать везде, где есть для этого условия. Следовательно, жизнь существует не только на Земле, но и на бесчисленном множестве других тел Вселенной. Это доказывает наука. Ученые исходят из того, что свойства жизни во Вселенной едины по существу, но различны по форме и проявлению, и что приспособляемость жизни к условиям среды очень велика. 4 Основными элементами, из которых состоит живое вещество, являются повсюду углерод, азот, кислород и водород. Однако форма, в которую облекаются химические соединения этих элементов, может и должна быть чрезвычайно разнообразной в зависимости от физических и химических свойств окружающей среды. Одновременно с этим чрезвычайно разнообразны проявления жизненных процессов как отдельного организма, так и целого вида и рода и т. п. В последние десятилетия изучение вопроса о жизни во Вселенной намного продвинуто вперед. Изучение жизни в глубинах океана, казавшихся ранее недоступными, а также исследования в Арктике расширили наши представления о предельных свойствах среды, при которых возможна жизнь растений и животных. Исследования С. Н. Виноградского, В. И. Вернадского, Л. С. Берга и других русских и советских ученых показали удивительную приспособляемость живых организмов к самым исключительным условиям окружающей среды. В настоящее время наука располагает некоторыми важными сведениями о физических и химических условиях на планетах нашей солнечной системы. На основании современных достижений науки можно делать определенные заключения о существовании жизни и на других планетах. Всякий человек, обладающий знаниями о строении Вселенной, не может быть противником мысли о наличии жизни на других планетах. Я убеждена, что если будет доказано существование жизни хотя бы на одной планете солнечной системы, кроме Земли, то этим будет подтверждена диалектического взгляда на широкую распространенность жизни во Вселенной. правильность 5 Маркова Мария Константиновна Краснодарский край, Тимашевский район, станица Медведовская МБОУ СОШ №10 имени А.С.Пушкина, 9класс «Возможна ли жизнь на других планетах». Научный руководитель: Евдокимова Екатерина Алексеевна учитель географии, МБОУ СОШ №10ст. Медведовская 2. ТЕОРИИ ЗАРОЖДЕНИЯ ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ Теория Панспермии. Её идею предложил немецкий ученый Г. Рихтером в 1865 году. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.[2] Абиогенез-процесс превращения из неживой природы в живую. В узком смысле слова под абиогенезом понимают образование органических соединений, распространённых в живой природе, вне организма без участия ферментов. Альтернативой абиогенеза в этом смысле является панспермия. Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Древнем Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биологии, придерживался теории спонтанного зарождения жизни. Согласно этой гипотезе, определённые «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнечном свете, тине и гниющем мясе. Но при дальнейшем исследовании теория была опровергнута.[2] Биогенез — эмпирическое обобщение, утверждающее, что всё живое происходит только от живого. В XIX веке биогенез противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении микроорганизмов (бактерий и простейших) из неорганического вещества. Как гипотеза о вечности жизни биогенез несостоятелен. Опыты Ф. Реди, А.Левенгука, Л.Пастера доказали несостоятельность абиогенеза, утвердив идеи биогенеза. Из современных представлений о возникновении жизни на Земле самой распространенной является Биохимическая гипотеза А.И.Опарина. В 1924г отечественный ученый - биохимик А. И. Опарин опубликовал труд «Происхождение жизни», чем заставил по-новому взглянуть на вопрос о появлении жизни на Земле.[3] Согласно гипотезе, жизнь зародилась на Земле, а не принесена из космоса. В своей 6 работе Опарин подчеркивал, что белки - первые предшественники организмов. В ряду химических и физических процессов, происходивших на протяжении длительного времени в условиях молодой планеты, комплексы белков (коацерваты, предбионты) приобрели свойства организмов. Великой заслугой А. И. Опарина является создание теории эволюции живой материи. Согласно его теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа: - Возникновение органических веществ. - Возникновение белков. - Возникновение белковых тел. Астрономические исследования показывают, что как звёзды, так и планетные системы возникли из газопылевого вещества. Наряду с металлами и их оксидами в нём содержались водород, аммиак, вода и простейший углеводород — метан. Условия для начала процесса формирования белковых структур установились с момента появления первичного океана (бульона). В водной среде производные углеводородов могли подвергаться сложным химическим изменениям и превращениям. В результате такого усложнения молекул могли образоваться более сложные органические вещества, а именно углеводы. В дальнейшем А.И. Опарин неоднократно уточнял и углублял свои идеи, подкрепляя их новыми исследовательскими материалами. Его гипотезу я считаю самой разумной. (В своей работе я буду придерживаться именно её). Согласно современным научным данным, Земля образовалась примерно 4,5- 7 млрд лет назад из скопления газов и холодных пылевых частиц, состоявших из металлов и других химических элементов, окружавших формирующуюся молодую звезду - Солнце. В начале Земля была газообразной и холодной, но по мере сжатия пылевого облака, под действием гравитации и под влиянием тепла и распада радиоактивных элементов её недра сгущались, разогревались и расплавлялись. При этом захороненные внутри планеты газы, выделились и расплавлялись. При этом внутренние газы планеты выделились и образовали первичную газовую атмосферу Земли. Первичная атмосфера по своему составу сильно отличалась от современной :в ней присутствовало значительное кол-во водорода, воды, углекислого газа, метана и аммиака. Свободного кислорода в атмосфере не было. Расстояние от Солнца позволяло поддерживать воду в жидком состоянии. В результате разогревания Земля стала очень горячей, и вода, испаряясь с её поверхности, образовала скопление густых облаков пара, окутавших молодую планету. Пары воды, охлаждаясь на высотах, превращались в жидкость и в виде ливней выпадали на горячую поверхность Земли. Такие ливни шли тысячелетиями, заполняя водой все впадины и трещины земной поверхности, образуя Мировой океан.[3] 7 В дождевой воде растворялись химические вещества из атмосферы и земной коры. С ливневыми веществами в водоемы попадали и молекулы простейших органических веществ, возникавших в атмосфере под влияние ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов (молний). Так в течение длительного времени в Мировом океане зарождалась жизнь. 8 Маркова Мария Константиновна Краснодарский край, Тимашевский район, станица Медведовская МБОУ СОШ №10 имени А.С.Пушкина, 9класс «Возможна ли жизнь на других планетах». Научный руководитель: Евдокимова Екатерина Алексеевна учитель географии, МБОУ СОШ №10ст. Медведовская 3. ВОЗМОЖНА ЛИ ЖИЗНЬ НА МАРСЕ. Марс находится от Солнца в полтора раза дальше, чем Земля, и делает полный оборот вокруг Солнца в 687 земных суток. Окружен Марс довольно прозрачной атмосферой. На его поверхности видны в астрономическую трубу более или менее темные пятна, по которым определили, что Марс вращается вокруг своей оси в 24 часа 37 минут. Ось вращения Марса наклонена в плоскости его пути вокруг Солнца под углом в 65 градусов, то есть почти как у Земли, у которой соответствующий угол равен 66,5 градуса. (Приложение 1) Как известно, от наклона земной оси к плоскости ее орбиты происходит смена времен года. Поэтому и на Марсе, в каждом его полушарии, происходит смена времен года. Так как год Марса почти вдвое длиннее земного, то и времена года на нем почти вдвое длиннее земных. Как и на Земле, времена года на Марсе в двух полушариях противоположны. Если, например, в северном полушарии весна, то в южном — осень и т. д.[4] Есть там и климатические пояса, подобные земным. Но есть и отличия. Прежде всего, из-за удалённости от Солнца климат, вообще, суровее земного. Далее, год Марса почти вдвое длиннее земного, а значит, дольше длятся и сезоны. Наконец, из-за эксцентриситета орбиты длительность и характер сезонов заметно отличаются в северном и южном полушариях планеты. Таким образом, в северном полушарии лето долгое, но прохладное, а зима короткая и мягкая, тогда как в южном полушарии лето короткое, но тёплое, а зима долгая и суровая. Наличие воды на планете подтверждают неоднократные образцы грунта и исследования на самом Марсе. Не прошло и полутора месяцев после сенсационной посадки 900- килограммого, современного вездехода Curiosity на поверхность Красной планеты, а он уже обнаружил на северном склоне кратера Гейла высохшие водные русла. Вернее, на цветных снимках, которые передал на Землю аппарат, учёные обнаружил два места, их назвали Хотта и Линк, где в обнажениях скальной породы отчётливо видны следы пересохших потоков и галька округлой формы. (Приложение 2) "Размер камней говорит о том, что вода текла со скоростью около одного метра в секунду, а глубина ручья была примерно по лодыжку", - сообщил один из руководителей проекта Curiosity Уильям Дитрих.[5] Исследователи уверяют, что галька была принесена издалека, причём именно водой, а 9 не ветром. Толщина осадочного слоя говорит о том, что это был быстрый древний поток возрастом сотни тысяч или миллионы лет и что вода здесь текла на протяжении очень долгого времени. Марсианские метеориты тоже являются довольно интересным предметом изучения факта жизни на Красной планете. На 2009 год Земля приютила на себе 24 ООО марсианских метеоритов. Исследования, проведённые космическим центром имени Линдона Джонсона показывают, что, по крайней мере, три из обнаруженных метеоритов содержат потенциальные доказательства прошлой жизни на Марсе в виде микроскопических структур, напоминающих окаменелые бактерии (так называемые биоморфы). На настоящее время ни одна теория космической биологии не опровергает высокую вероятность так называемой биогенной гипотезы происхождения обнаруженных образцов. Однако за последние десятилетия в научной среде установлено семь чётких критериев, соответствие которым однозначно говорит о признании обнаружения прошлых форм жизни во внеземных образцах. Ни один марсианский метеорит всем семи критериям не удовлетворяет.[6](Приложение 3) Если жизнь была? Значит, были причины её разрушения. Астрономы предполагают, что спутники Марса Фобос и Деймос когда-то были захвачены гравитационным полем планеты из пояса астероидов. Возможно, планета перерождается и мы свидетели этого перерождения. 10 Маркова Мария Константиновна Краснодарский край, Тимашевский район, станица Медведовская МБОУ СОШ №10 имени А.С.Пушкина, 9класс «Возможна ли жизнь на других планетах». Научный руководитель: Евдокимова Екатерина Алексеевна учитель географии, МБОУ СОШ №10ст. Медведовская 4. ВОЗМОЖНА ЛИ ЖИЗНЬ НА ВЕНЕРЕ. О возможности существования жизни на Венере говорили десятилетиями, но с 1950 года это стало казаться невозможным. Венера находится гораздо ближе к Солнцу, чем Земля, температура её поверхности сильно повышена парниковым эффектом (до +500 °С(700 К)), атмосферное давление в 90 раз выше земного—всё это делает существование жизни, подобной земной, весьма маловероятным. Только в верхних слоях атмосферы, далеко от поверхности планеты, условия относительно приемлемы для поддержания жизни. Кроме того, не исключены формы жизни на основах, альтернативных земной. Венера считается «советской планетой». В то время как с миссиями на Марс у нашей страны все время не складывалось, каждая советская экспедиция на Венеру завершалась триумфом — на сегодняшний день именно отечественные ученые могут похвастаться тем, что их аппараты достигли поверхности этой планеты, начиная с «Венеры-7» в 1970 году и до аппаратов «Вега» в 1985 году. В последнее время инициативу, правда, перехватило Европейское космическое агентство с орбитальным аппаратом Venus Express. Опираясь на данные различных миссий, западные ученые сегодня взялись выдвигать одну за другой смелые гипотезы относительно прошлого Венеры. Венера была планетой, по многим свойствам сходной с Землёй, более того — на начальном этапе жизни планет они были очень похожи. Раньше климат на Венере был куда более благоприятен, чем в настоящее время. Хотя сегодня на Венере очень мало воды, в прошлом ситуация была иной. В 2009 году с помощью зонда VenusExpress были получены доказательства того, что из-за солнечного излучения большой объем воды был потерян из атмосферы Венеры в космос. Тем не менее - это не означает, что на Венере когда-либо существовал океан, поскольку, как показывает моделирование, вода по большей части содержалась в атмосфере и находилась в большом количестве лишь на ранней стадии существования планеты. В ходе третьего совещания по Венере исследование и анализ группы (VEXAG. связанной с NASA), в январе 2007 года, было отмечено, что изначальный океан Венеры мог существовать в течение более чем 2 млрд лет, то есть более половины истории планеты, в результате чего можно ставить вопрос о существовании жизни.(Приложение 4) В настоящее время физические условия на Венере являются крайне экстремальными: из-за парникового эффекта её температура на поверхности составляет, в среднем +470°С. 11 Это значит, что любые известные науке бактерии и микроорганизмы не смогут выжить на её поверхности. Слои атмосферы Венеры состоят из серной кислоты, что тоже губительно для жизни, а атмосферное давление выше земного в 90 раз. Однако известны организмыэкстремофилы на Земле, которые обитают в подобных условиях, поэтому ученые полностью не исключают возможность существования организмов в венерианских облаках. Есть вероятность, что жизнь на Венере находится под её поверхностью, где условия, возможно, намного благоприятнее, чем на поверхности. В 1997 году астробиолог Дэвид Гринспун опубликовал книгу под названием «Venus Revealed» (Раскрытие Венеры), в которой предположил, что Венера в ранней солнечной системе имела более благоприятный климат, чем позже Земля и Марс. Хотя он не заключил, что земная жизнь зародилась на Венере, но оставил открытой возможность того, что в то время и сейчас на Венере есть углеродные формы жизни.[7] В первые дни Солнечной системы на Венере, Земле и Марсе могли существовать первичные «бульоны» из элементов органической жизни. Его теория не исключена как возможная, так как органическое вещество планеты может путешествовать из одной планеты на другую (например, на метеоритах). Таким образом, вполне возможно, что если жизнь появилась одновременно на Земле и Венере, может быть «загрязнена» элементами из других миров. Вероятнее всего наиболее подходящей планетой для жизни была Венера. За 4,5 млрд лет существования Солнца, его тепло постепенно росло. Когда Солнце и планеты были молоды, интенсивность солнечного света составляла примерно 70 % от текущего значения, увеличиваясь почти линейно на 1 % каждые 110 миллионов лет. То есть, на Земле и на Марсе, вероятно, были слишком низкие температуры, слишком холодный климат для жизни, как мы знаем. Однако на Венере могли быть умеренные температуры. Если жизнь на Венере была сформирована после земной, то она должна быть «загрязнена», потому что недостаёт звеньев исследовании, а жизнь на Земле появилась примерно 3,8 млрд лет назад. Когда Солнце начало излучать больше тепла, воздействие парникового эффекта на Венере стало сильнее, в результате этого жизни приходилось адаптироваться. Эта теория была минимальной, основанной на научных фактах. Ответ окончательно прояснится будущими миссиями на Венеру. Долгое время не находили доказательств существования паров воды в атмосфере Венеры, и это являлось главным аргументом против того, что на этой планете может быть жизнь. Но астрономы не теряли надежды обнаружить там воду, ведь планета полностью покрыта облаками — из чего они состоят? В 1959 году Чарльз В. Моор поднялся на 12 воздушном шаре в стратосферу на высоту около 15 миль (на этой высоте менее сказывались атмосферные помехи) и получил телескопическое изображение Венеры и окружающей ее атмосферы. Анализ инфракрасного спектра изображения показал, что в верхних слоях атмосферы Венеры воды содержится столько же, сколько и в атмосфере Земли. Однако вскоре сторонников гипотезы о существовании жизни на Венере ждало новое и, наверное, окончательное разочарование, на этот раз оно касалось температуры планеты. Характер радиоволн, идущих от Венеры, свидетельствовал, что температура ее поверхности выше точки кипения воды. Правда, оставалась маленькая надежда на то, что данные, полученные с помощью радиоволн, касались верхних слоев атмосферы, а непосредственно на поверхности планеты температура могла быть несколько ниже.[8] Сегодня ее атмосфера может расплавить свинец, а из сернистых облаков, полностью заслоняющих Солнце, постоянно капает концентрированная серная кислота. Но когда-то на планете был практически земной климат и океаны, полные воды. Специалисты соглашаются, что этот период закончился после того, как Венера лишилась воды в результате сильнейшего парникового эффекта. До последнего времени ученые вслед за Джеффри Каргелом из Геологической службы США придерживались мнения, что случилось это около четырех миллиардов лет назад - всего через 600 миллионов лет после появления Солнечной системы. Новая работа Дэвида Гринспуна из Юго-Западного исследовательского института (США) предполагает, что масштабное изменение свершилось гораздо позже, сообщает NTR.Ru. Ученый подчеркнул, что Каргел не учитывал влияние облаков на атмосферу планеты. Облака отражают солнечный свет обратно в космос, остужая поверхность. Предварительные расчеты Гринспуна показывают, что их влияние могло быть очень существенным - с ними атмосфера примерно на сто градусов холоднее, чем без них. Это может означать, что комфортная для жизни температура и влажность могли существовать на Венере не менее двух миллиардов лет.(Приложение 5) По словам Гринспуна, после испарения воды могли полностью остановиться тектонические движения, а вместе с ними исчезли самые эффективные способы избавления от внутреннего тепла. В результате оно могло накапливаться до тех пор, пока не вызвало плавление всей коры. Так что если на этой планете и была жизнь, все следы ее давно в буквальном смысле этого слова сгорели или испарились.[7] 13 Маркова Мария Константиновна Краснодарский край, Тимашевский район, станица Медведовская МБОУ СОШ №10 имени А.С.Пушкина, 9класс «Возможна ли жизнь на других планетах». Научный руководитель: Евдокимова Екатерина Алексеевна учитель географии, МБОУ СОШ №10ст. Медведовская ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Как выражение огромного интереса человечества к проблеме существования жизни вне Земли следует рассматривать появление в последние три десятилетия ряда работ крупных физиков и астрономов. При разработке этой увлекательной проблемы ученые не могут замыкаться в рамки своей специальности. С необходимостью надо строить те или иные гипотезы о путях развития других живых организмов в перспективе тысяч и миллионов лет. А это, право же, нелегкая и не совсем определенная задача, и тем не менее ее надо решать, так как она имеет совершенно конкретный смысл, а главное, правильность решения может быть в принципе проверена критерием практики. Мы не можем точно утверждать, что произошло много миллиардов лет назад, но исследования ученых в этой области, доказывают о наличии условий жизни в прошлом. Наличие каких-либо мельчайших живых организмов на спутниках, метеоритах, планетах и астероидах говорит о том, что жизнь, вероятно была. Возможно, Солнечная система проходит процесс перерождения. Эпикуреец Митродор утверждал, что «...считать Землю единственным населенным миром в беспредельном пространстве было бы такой же вопиющей нелепостью, как утверждать, что на громадном засеянном поле мог бы вырасти только один пшеничный колос».[1] Всё только вопрос времени.
