Vi lever på en liten grön planet med en enmåne som kretsar runt en gul stjärna med några mindre välkomnande stenar i närheten och ännu mindre välkomnande gasformiga bollar lite längre bort, vilka är uppkallade efter alla slags mytiska gudar. När vi utforskar fler och mer avlägsna områden i rymden försöker vi hopplöst hitta andra stjärnsystem som kan innehålla trevliga världar att leva i. Genom att uppskatta dessa försök och inse hur lyckliga vi är att leva i vårt system kan vi under tiden utforska andra möjliga och galna scenarier om hur olika vårt solsystem kan vara. Anteckning till moderna regissörer. Vad…
… om Mars inte hade tappat sitt magnetfält
Mars hade en gång en lovande atmosfär när den var varm, fuktig och full av koldioxid. Den försvann när den röda planeten förlorade sitt magnetfält för cirka 3,6 miljarder år sedan, vilket tillät solen att blåsa bort atmosfären med solvinden med straffrihet. Enligt kosmiska standarder hände detta ganska snabbt - det mesta av atmosfären försvann på ett par hundra miljoner år efter att magnetfältet stängdes av. Idag utgör Mars atmosfär ungefär 1% av jordens atmosfär vid havsnivån, och solvindarna fortsätter att sluka den med en hastighet av cirka 100 gram per sekund.
Vi vet att denna planet en gång hade ett magnetfält, eftersom magnetiserade stenar fortfarande finns på dess yta. Vissa tror att magnetfältet förlorades på grund av kraftigt bombardement av asteroider, vilket störde värmeflödet inuti Mars som genererar magnetfältet. Om detta inte hade hänt, skulle Mars ha behållit sina primitiva hav och kanske skulle ha varit en annan livskälla i vårt solsystem.
En annan teori antyder att det gamla magnetfältet bara kunde täcka hälften av planeten och därmed ifrågasätta dess långsiktiga livskraft. Att förstå sammansättningen av Mars inre kärna hjälper till att besvara denna fråga. På jorden flyter flytande järn runt en varmare, hårdare kärna som håller vårt skyddande magnetfält på plats. Om Mars bara hade en smält kärna, kan det förklara förlusten.
… om jorden inte hade månen
Kampanjvideo:
Det antas att för cirka 4,5 miljarder år sedan kraschade ett planetembryo på storleken av Mars (kallad Theia) in på jorden och drog ut tillräckligt med material från det för att bilda vår måne. Månens tidvatteneffekter kunde ha påverkat tidig vulkanism och ökat antalet meteoriter som föll för att utplåna tidigt liv. Vissa tror emellertid att livet först dök upp vid hydrotermiska ventiler i djuphavet i en process som kunde påverkas positivt av tidvattenströmmar.
Snabba månvatten, när månen var närmare jorden, kunde skapa grunt salt hav, där fragment av protonukleinsyror binder vid svaga flöden och förfaller vid starka, vilket i slutändan leder till bildandet av DNA. Enligt paleobiologen Bruce Lieberman, "så småningom kunde livet ha bildats utan tidvatten. Men avstamningen som ledde till människans uppkomst är förankrad exakt i tidvattnet."
Det är troligt att tidvattenströmmar hjälpte till att transportera värme från ekvatorn till polerna, vilket innebär att istiden skulle vara mindre allvarlig utan månen och minska det evolutionära trycket på livet. Om livet utvecklades på jorden utan månen skulle det antagligen gå igenom färre förändringar över tiden och komma till mindre variation. Dagens längd skulle också vara annorlunda utan månen, vilket hjälpte till att bromsa jordens rotation från sex till tjugofyra timmar, och också stabiliserade jordens lutning och därför årstiderna. Varje liv som utvecklas i en månlös värld skulle uppleva extremt korta dagar och nätter och förmodligen allvarligare klimatförändringar.
I avsaknad av månen skulle livsformer förlora månsken, vilket hjälper dem att hålla sig aktiva på natten, påverkar nattliga rovdjur och uppmuntrar utvecklingen av nattvision. Det kulturella livet för alla känsliga arter skulle förbli utan påverkan av månen.
… om jorden hade ringar
Efter att ha kolliderat med den instabila planeten Theia, förvärvade jorden kort ringar, som så småningom slogs samman till månen. Detta hände på grund av att skräpet låg utanför Roche-gränsen, där gravitationskrafter sliter ihop alla framväxande naturliga satelliter. Om en liten måne eller satellit var för nära jordens tyngdkraft skulle den brista med bildandet av en permanent ring.
Saturnus har ringar av is som knappast skulle hålla länge om de var så nära solen som vi är, men teoretiskt kan ringar av sten överleva, även om de skulle vara annorlunda från Saturns ringar. Effekten skulle vara uppenbar, eftersom de skuggor som kastas av ringarna skulle leda till kalla vintrar och minskat solljus i båda halvkuglarna. Om intelligent liv bildades under sådana förhållanden skulle ringarna störa utvecklingen av markbaserad optisk astronomi. De skulle också betydligt komplicera rymdresor och satelliter på grund av rymdavfall.
Sådana ringar skulle se annorlunda ut beroende på jordens region från vilken de betraktades - en tunn linje på himlen över Peru, en kraftfull halvhimmelbåge i Guatemala, en 180-graders atmosfärsklocka i Polynesien och en allestädes närliggande glöd i horisonten i Alaska. Man kan bara spekulera om hur de forntida människorna i världen skulle ha inkorporerat dessa fantastiska arter i deras mytologi och kosmologi.
… om Jupiter var en stjärna
Enligt solen skulle den största planeten i solsystemet ha blivit en stjärna, en brun dvärg, men den saknade lite massa. (Andra tror att Jupiter behövde vara tretton gånger större för att göra detta.) Hade Jupiter blivit en stjärna, skulle den vara svag och avlägsen, lite ljusare än Venus. En sådan stjärna skulle inte generera tillräckligt med ljus eller värme och skulle vara fem gånger längre från jorden än solen, så den (lyckligtvis) skulle inte påverka utvecklingen av livet på jorden.
Att förvandla Jupiter till en stjärna är inte så lätt, svårare än att bara sätta på planeten. Eftersom Jupiter huvudsakligen består av väte, för att antända det, måste du täcka det med syre halva volymen av Jupiter: resultatet är vatten. Men vi behöver en stjärna, inte en stor brännare. För att starta fusion som solen behövs mer väte. Det skulle ta ytterligare 13 Jupiters för en brun dvärg, 79 för en röd dvärg och 1000 gånger fler Jupiters för en solstorlek.
Simuleringar har emellertid visat att en ökning av Jupiter till solens storlek kommer att orsaka kaos i solsystemet. De yttre planeternas satelliter kommer att flyga ut från banor i olika riktningar, och asteroidbältet kommer att förstöras fullständigt. Och medan Merkurius och Venus kommer att förbli nästan intakta, kommer jorden så småningom att krascha in på en annan planet eller omloppsbana närmare solen.
… om jorden roterade åt andra hållet
Den mest uppenbara effekten av jordens omvända rotation skulle vara att solen stiger i väster och lägger sig i öster, men det är inte allt. Enligt universitetet i Pennsylvania astrofysiker Kevin Luman, "Jorden roterar på detta sätt eftersom den var så född. När solen var en nyfödd stjärna fanns det en hel massa gas och damm runt den och snurrade i en stor skivformad struktur. " Den enda planeten som roterar i motsatt riktning är Venus, och detta berodde troligen på en kollision för miljarder år sedan. Upprepning av en sådan process med jorden kommer förmodligen att utesluta alla observatörer under långa somrar.
Även om detta inträffar vid magi eller utlänningar kommer konsekvenserna att vara mycket allvarliga. Coriolis-effekten, som bestämmer hur jordens rotation överförs till vindbeteende, kommer att vändas fullständigt. Handavindarna kommer att vända åt andra hållet, vilket kommer att leda till klimatförändringar i många regioner. Detta kommer särskilt att påverka Europa när de varma vindarna som blåser över Atlanten från Mexikanska golfen kommer att ersättas av den sibirska kylen som blåser från öst.
På andra platser på jorden kan en förändring i rotationen ha en mer gynnsam effekt. I Nordafrika kommer nederbörden att öka, och mängden flodvatten som kommer in i Medelhavet kommer praktiskt taget att göra det till en sötvattensjö. Varm luft kommer att skickas till norra Stilla havet och södra Atlanten, vilket gör Alaska, Fjärran Ryssland och delar av Antarktis mer attraktiv för livet.
… om vi bytte plats med Mars
Om Jorden och Mars omorganiseras kommer effekterna att bli ganska intressanta: Martiatemperaturerna kommer att stiga, de polära locken smälter, gaserna kommer att frigöras från jorden och klimatet blir nästan lika varmt som det är nu på jorden. Jorden, å andra sidan, kommer att bli mycket kallare. Fler problem kommer att bero på destabiliseringen av det inre solsystemet på grund av planetenes banor på varandra.
Planetfysikern Renu Malhotra från University of Arizona genomförde simuleringar som visade allvarlig destabilisering av planetbanor. Hon försökte ignorera resultaten från Merkurius, men allt ledde till att Mars skulle matas ut från solsystemet. Andra simuleringar har visat att Jorden och Mars kommer att förvärva instabila banor på grund av Jupiters inflytande. Detta antyder att omloppssituationen i det inre solsystemet är ganska instabil, vilket ifrågasätter förslag från vissa futurister att flytta Mars närmare solen.
Anmärkningsvärt, om en sådan omloppsmekanik fungerade, skulle jorden perfekt byta platser med Venus. Studien visade att jorden, eller en markplanet, potentiellt kan vara beboelig i banan i Venus, vars position vanligtvis uppskattas vara något närmare solen än vad som är nödvändigt för livet. Trots den fördubblade solstrålningen skulle molntäcket hålla yttemperaturen inom acceptabla gränser.
… om vi bodde i centrum eller på kanten av galaxen
Vi verkar leva i en ganska tråkig sektor av Vintergatan, långt ifrån det galaktiska centrumets liv och rörelse. Om vi var i mitten av galaxen, skulle natthimlen vara mycket ljusare, med ett gäng ljusa (som Venus) stjärnor, eftersom stjärnorna i kärnan separeras av flera ljusveckor, inte år. Stjärnornas täthet nära centrum är 10 miljoner stjärnor per kubik parsec, upp från 0,2 i vårt svaga segment. Det finns också många supernovaer och ett supermassivt svart hål i närheten, men vad kan du göra, stadslivet är så.
Samtidigt, om vi var närmare kanten av Vintergatan, hade knappast något förändrats om livet alls hade uppstått. Stjärnsystem vid kanten av galaxerna har en lägre nivå av metallicitet, det vill säga de har färre element tyngre än väte och helium. Minskande nivåer av metallelement innebär att gasjättar som Jupiter, som långsamt samlas runt fasta kärnor, kommer att visas mindre. Eftersom gasjättarna inte kommer att drabbas kommer solida världar att vara mer sårbara för kometpåverkan. Jordens natthimlen vid kanten av galaxen kommer dessutom att vara tråkig och tom.
Att bo i förorterna kan också ha positiva aspekter. Vissa tror att livsvillkoren passar in i en serie nyckelförhållanden som endast uppfylls i ett relativt smalt område känt som den galaktiska bebodda zonen. 2001 uppgav Guillermo Gonzalez att ofta supernovaer och höga strålningsnivåer som ligger i det galaktiska centret förhindrar livets uppkomst. Nyligen genomförda studier säger att detta argument är ganska skeptiskt, eftersom ofta sterniseringar av supernova skulle motverkas av de större chanserna för att livet utvecklas.
… om det fanns två solar
2011 observerade astronomer den första kända planeten i ett binärstjärnsystem, också känt som en planet med flera kretsar, kallad Kepler-16b. Alan Boss, astrofysiker vid Carnegie Institute of Science, frågades hur jorden skulle se ut under sådana förhållanden. Han sa:”Något kallt. Även om det är närmare sina stjärnor än jorden är till sina egna, är dessa stjärnor inte så ljusa, så temperaturen på planeten blir bara -73 grader Celsius. Om vi ersätter vår sol med dessa stjärnor skulle vi vara ännu kallare, eftersom vi är längre från solen än denna Tatooine."
Naturligtvis är inte alla binära system desamma, och vissa situationer är bättre lämpade för livets utveckling. Forskning som presenterades vid det 223: e mötet i American Astronomical Society 2014 visade att vissa binära stjärnsystem kan vara mer gynnsamma för utvecklingen av liv än enhetliga stjärnsystem. Parade stjärnor, vars rotation har synkroniserats, kommer att minska varandras solstrålning och stjärnvindar, som ofta rensar atmosfärerna från planeter och månar.
En studie av astrofysiker Paul Mason har visat att stjärnor som kretsar runt varandra på 10-60 jorddagar kommer att utöva tidvattenkrafter som minskar rotationen och minskar stjärnvinden, vilket potentiellt kan utöka området för potentiellt bebörliga zoner i systemet genom att kombinera ljus från två stjärnor istället för en. Mason medgav att Venus skulle kunna bevara sitt vatten genom att ha två solar och att jorden skulle vara en mer fuktig värld.
… om solen försvann
Trots forntida rädsla kommer solen inte plötsligt att gå ut, och ett sådant scenario är fysiskt omöjligt, så vitt vi vet. Men om det hände, skulle jorden inte frysa direkt. Om vi stannar i omlopp mellan den kylda och döda rumpan hos en en gång älskad stjärna kommer temperaturen att sjunka under -17 grader Celsius på en vecka och till -73 grader på ett år. Utan fotosyntes försvinner plantlivet snabbt, liksom allt annat liv när hav fryser.
De övre skikten av is kommer att isolera djupa vatten och förhindra att oceanerna fryser i hundratusentals år, så att vissa oceaniska och geotermiska livsformer kan överleva. Läskigt, men träden kommer att stå i flera decennier mer, tack vare deras långsamma ämnesomsättning och sockerlager. De bästa platserna för människors överlevnad skulle vara kärnbåtar eller kanske bostäder byggda i geotermiska rika länder som Island.
Bortsett från döden från kyla finns det fortfarande några fördelar med att leva i en värld utan solen. Risken för solfällningar kommer att reduceras, satellitkommunikation och förhållandena för astronomer kommer att förbättras.
Men i allmänhet skulle det naturligtvis vara bättre med solen. Även om du tar bort solen bara en sekund, utan solens allvar, kommer alla föremål i solsystemet istället för en cirkulär bana att gå i en rak linje. En sekund senare, när solen återvänder, kommer allt från gasjättar till kosmiskt damm att ligga i nya banor, av vilka några kommer att vara instabila. Under en sekund kommer heliosfären, som skyddar solsystemet från extrasolär strålning, att försvinna. En sekund utan sköldar kommer att möjliggöra att svår strålning från utsidan tränger igenom, vilket kommer att leda till uppkomsten av auroror runt om i världen, störa satelliter och elnät eller eventuellt sterilisera jorden.
… om jorden möter ett svart hål
Nästan alla nyfikna barn i detta universum har tänkt på effekterna som ett svart hål kan ha på jorden, eller åtminstone på människorna som bor här. Frank Hale från Stanford University har föreslagit vad som kan ha hänt om ett myntstort svart hål, som skulle ha ungefär samma massa som jorden, hamnade i planetens centrum. Inte för att jorden sugs in av en rumsdammsugare, men det kommer fortfarande att bli en viss uppror.
Materie som faller in i det svarta hålet blir extremt hett och orsakar strålning och tryck för att pressa ut de yttre lagren av materia och orsaka en spektakulär explosion som sköt från jorden som överhettad plasma. Bevarande av momentum kommer att säkerställa att jordens massa roterar snabbare runt det svarta hålet och skapar en ackretionsskiva som begränsar hastigheten vid vilken jordens massa absorberas. Jorden kommer att förvandlas till snabbt roterande ruiner, men det kommer att ta lite tid innan den äts.
Ett mindre svart hål kommer inte att vara så illa. Universum tros vara myldrande av ursprungliga svarta hål med en massa motsvarande ett litet berg. Dessa svarta hål lurar inuti gasjättarna och leder till att prematura supernovaer föds. Om ett sådant svart hål kraschar i jorden med hög hastighet, kan det bara flyga rakt igenom. En sådan kollision kommer att resultera i en frigörelse av energi motsvarande explosionen av ett ton TNT, men den kommer att sträcka sig längs hela banans längd, så att knappt någon kommer att märka det. Passeringen av ett sådant svart hål genom jorden kommer dock att lämna bakom "ett långt rör av material som är kraftigt skadat av strålning, vilket kommer att förbli igenkännligt under geologisk tid."
Sakerna skulle vara mörkare om solsystemet kolliderade med ett supermassivt svart hål med en massa en miljon gånger solens massa, eventuellt utkastad av tyngden i två kolliderande galaxer. Astronom Christopher Springob tror att vi skulle misstänka att något var fel när det svarta hålet närmade sig 1000 ljusår från solsystemet. Efter det skulle vi bara ha några tusen år kvar för att förbereda oss för dess ankomst, varefter detta svarta hål avsevärt kommer att störa planets banor och bita i stjärnsystemet. När det svarta hålet är inom ett ljusår, kommer dess tyngdkraft att riva världen isär så att jorden tuggas väl innan den slutligen sväljs.
Eller inte. Samir Mathur från Ohio State University tror att han har matematiska bevis för att vi kanske inte ens märker att vi äts av ett svart hål.