Entropija bi mogla biti ključna za nastanjivost planeta
22 Pro 2023
- Detalji
- Kategorija: Povijesni pregled
- Kreirano: Petak, 22 Prosinac 2023 10:59
- Napisao/la Miro Sinj
- Hitovi: 2948
Svi znamo da su za postojanje života na planetu potrebne tri bitne stvari: voda, toplina i hrana. Sada tome dodajte faktor koji se zove "entropija". Igra ulogu u određivanju može li određeni planet podržati i razviti složen život. Znanstvenik Luigi Petraccone, kemijski istraživač na Sveučilištu u Napulju u Italiji, proučavao je planetarnu entropiju. Zanima ga kako znanstvenici biraju planete koji bi mogli biti nastanjivi. Objavio je rad u Monthly Notices of the Royal Astronomical Society koji istražuje ono što je poznato kao "proizvodnja planetarne entropije" (PEP). Evo kako to radi. Naseljeni svijet treba biosferu u kojoj žive stvorenja. Sav život raste i širi se koristeći dostupne vode, toplinu i izvore hrane. Kako se pokazalo, entropija djeluje unutar globalne biosfere. A to zahtijeva relativno visok PEP. Zbog toga je vjerojatnije da će imati složene životne sustave i znači da bi bio dobra meta za istraživanje. I, prema Petracconeovom članku, nije važno je li kemijska osnova ovog života ugljik, silicij ili neki drugi element. Važno je kako život postaje složeniji.
Prije nego što zaronimo u Petracconeov rad, razgovarajmo o entropiji. Rječnička definicija u fizici glasi: “Termodinamička veličina koja odražava nedostupnost toplinske energije sustava za pretvaranje u mehanički rad.” Drugi zakon termodinamike zahtijeva da se Svemir kreće u smjeru povećanja entropije. Ovo se čini malo komplicirano, pa zamislimo entropiju kao mjeru slučajnosti ili nereda u sustavu. Uređeni sustav ima taman dovoljno energije da radi ono što treba. Ako proizvodi (ili prima) više energije, to se pretvara u više stanje entropije. Živa bića su visoko uređena i zahtijevaju stalnu opskrbu energijom za održavanje stanja niske entropije. Oni proizvode otpad i nusproizvode i, naravno, gube energiju u procesu života. Što više energije uđe u sustav i kasnije je taj sustav izgubi u okolini, stvari postaju manje uređene i više slučajne. U biti, to postaje veće njegovo entropijsko stanje.
Entropija u biologiji dolazi u obzir kada pogledate sustave koji podržavaju život na planetu. Petraccone piše: “Razmjer proizvodnje entropije proporcionalan je sposobnosti takvih sustava da rasipaju slobodnu energiju i tako “žive”, razvijaju se i postaju složeniji. Tipično, određeni prag proizvodnje entropije mora biti premašen da bi se dogodio. složene samoorganizirajuće strukture. Stoga se proizvodnja entropije može smatrati termodinamičkim impulsom koji pokreće nastanak i evoluciju života.” Ovo nas dovodi do vrijednosti "proizvodnje planetarne entropije" (PEP), koja može pomoći znanstvenicima da ciljaju vjerojatno nastanjive planete. Najpogodnija okruženja bit će ona u kojima život može generirati najviše entropije. Što je oblik života složeniji i dinamičniji, to proizvodi više entropije i održava veću PEP vrijednost. Petraccone sugerira da će različiti planeti imati više ili manje energetskog potencijala, predviđajući koji će planeti najvjerojatnije biti nastanjivi.
Važno je saznati gdje i da li nastaje život na planetu. Prvo, mora biti unutar zvjezdane nastanjive zone (CHZ) svoje zvijezde. Ovdje voda može postojati na površini u tekućem stanju. Gdje u CHZ planet kruži također je važno. Ako se previše približi unutarnjem rubu, mogla bi izgubiti svu vodu koju ima zbog zagrijavanja zvijezda (i efekta staklenika). Ako je bliže vanjskom rubu, možda neće biti tako gostoljubiv kao središnji dio CHZ-a. Osim toga, određeni planet može biti u idealnom dijelu zone, ali imati drugih problema s održavanjem biosfere. Zašto ne tražiti planete po CHZ-u? Postoje termodinamičke razlike između unutarnjih i vanjskih rubova brave. Unutarnji rub je povoljniji za razvoj složenih biosfera. I PEP i dostupna besplatna energija za terestričke planete rastu s temperaturom zvijezde. Uz ove informacije, Petraccone i njegov tim upotrijebili su svoje izračune za procjenu PEP-a i slobodne energije za odabrani uzorak predloženih nastanjivih planeta.
Znanstvenici također trebaju otkriti gornju granicu globalne PEP vrijednosti i odgovarajuće slobodne energije koju prima ovisno o temperaturi zvijezde i parametrima planetarnih orbita. Petraccone piše, na primjer, da samo terestrički planeti u XZ G i F zvijezda mogu imati PEP vrijednost višu od terestričke (Zemlja je ono što koristimo za usporedbu). To znači da postoji veća vjerojatnost da podržavaju život, za razliku od planeta u drugim dijelovima nastanjive zone. Zanimljivo, među nedavno predloženim nastanjivim egzoplanetima, takozvani "geek" svjetovi izgledaju kao termodinamički najbolji kandidati. To su planeti s tekućim vodenim oceanima i atmosferom bogatom vodikom. Naš planet je dobar primjer i može se koristiti kao putokaz za procjenu. Znanstvenici već proučavaju najbolju kombinaciju kopna i oceana za stvaranje nastanjivog svijeta, koristeći Zemlju kao analogiju. Nalazi se blizu unutarnjeg ruba solarnog CHZ-a, što mu omogućuje višu PEP vrijednost. Ako pretpostavimo da je vrijednost Zemljinog PEP-a neophodna za život, onda to omogućuje planetarnim znanstvenicima da dođu do "entropijske nastanjive zone" (ili EHZ).
Uključuje udaljenost od zvijezde na kojoj planet ima tekuću vodu, plus visoku PEP vrijednost. Primijenite ove kriterije na planete i ispostavit će se da svjetovi oko zvijezda male mase ne bi mogli razviti dovoljno visok EHZ za održavanje života. Nisu mogle ni zvijezde M i K. Međutim, neki od svjetova oko zvijezda F i G mogli bi sletjeti u sretnu “zonu” i nastaviti razvoj života. Ovih dana vidimo sve više i više otkrića egzoplaneta oko obližnjih zvijezda. Gotovo ih je nemoguće sve istražiti u potrazi za životom. Stoga znanstvenici trebaju neke korisne kriterije za određivanje prioriteta istraživačkih ciljeva. Zajedno s drugim čimbenicima, čini se da je proizvodnja entropije dobar pokazatelj može li dati svijet podržati život - i koliko je taj život složen. Zanimljivo je da je glavna prednost korištenja PEP-a i prisutnosti u EHZ-u kao načina procjene svijeta to što ne zahtijeva pretpostavke o stanju atmosfere. Niti ti faktori impliciraju zaključke o kemijskoj osnovi živih sustava na bilo kojem određenom svijetu. Oni jednostavno daju znanstvenicima način da procijene svijet pregledom tisuća egzoplaneta za daljnje proučavanje.
Comments powered by CComment