Гайд: Создание обитаемой планеты

Думаю, что каждый человек, увлекающийся спекулятивной биологией, хоть раз в жизни задумывался о создании собственного мира. Зачастую, этим миром оказывается обитаемая экзопланета, но её параметры не всегда являются пригодными для возникновения жизни. Этот гайд призван помочь вам избежать ошибок*. (Дисклеймер: автор не астрофизик и не химик, поэтому, если вы нашли ошибку, то пишите участнику ArkKosa)*

## Создание звёзды

Планеты рано или поздно собираются вокруг тяжелейших тел во вселенной, как правило, это звёзды. Именно от звезды зависят многие параметры планеты.

#### Класс звезды

Для начала стоит определить класс звезды, и с помощью него вывести все остальные физические характеристики. Звезды делят на 7 классов от самых горячих и больших до самых холодных и маленьких: O, B, A, F, G, K, M. Солнце относится к G классу, поэтому лучше не усложнять себе жизнь и выбирать классы F, G, K, так как звезды этих классов наиболее благоприятные для возникновения жизни. Такие звёзды по массе и радиусу не сильно отличаются от Солнца. Стоит отметить, что чем больше звезда - тем меньше она живёт.

#### Радиус и масса

Мы плавно переходим к массе и радиусу звезды, тут мы используем класс, выбранный нами ранее: звёзды F, G, K классов имеют радиусы и массы от 1,8 до 0,8 по отношению к массе и радиусу Солнца. Масса Солнца равна примерно

1
,
99
×

10

30

{\displaystyle 1,99\times 10^{30}}

 кг, радиус равен 695 500 000 метров.

#### Температура

Следующим важным параметром звезды является её температура, она также зависит от класса, ниже представлена таблица основных характеристик звёзд в зависимости от спектрального класса, в том числе и температура.(Температура дана в Кельвинах, высчитывается по формуле:

# T
t
273
,
15

{\displaystyle T=t+273,15}

, где t - это температура в Цельсиях):

Для примера, температура Солнца равна 5 778 К.

#### Светимость

Теперь нам немного стоит окунуться в математику, расчехляйте калькуляторы, так как цифры для подсчёта довольно большие. Первым высчитываемым параметром является светимость звезды, с помощью неё мы сможем определить обитаемую зону, где разместим нашу планету. Этот параметр показывает количество энергии, излучаемое нашей звездой, в единицу времени, именно эта энергия позволит фотосинтезу существовать. Светимость измеряется в ваттах и высчитывается по следующей формуле:

# 1. L
4
π

R

2

×
σ

T

4

{\displaystyle L=4\pi R^{2}\times \sigma T^{4}}

, где

1. L - светимость звезды в Вт
2. R - радиус звезды в м
3. σ - постоянная Стефана-Больцмана, равна

5
,
67
×

10

−
8

{\displaystyle 5,67\times 10^{-8}}

 Вт

×

{\displaystyle \times }

м

−
2

×

{\displaystyle ^{-2}\times }

К

−
4

{\displaystyle ^{-4}}
4. T - температура в К

#### Обитаемая зона

Наиболее важный параметр, он показывает, в каком радиусе от солнца должна находиться планета для возникновения жизни. Измеряется в астрономических единицах (а.е), одна а.е. равна 149 597 870 700 метрам. Радиус обитаемой зоны высчитывается по формуле:

# d

L

s
t
a
r

L

s
u
n

{\displaystyle d={\sqrt {\frac {L\_{star}}{L\_{sun}}}}}

, где

1. d - радиус до обитаемой зоны в а.е.
2. L

s
t
a
r

{\displaystyle L\_{star}}

- светимость звезды в Вт
3. L

s
u
n

{\displaystyle L\_{sun}}

 - светимость Солнца в Вт, равна

3
,
827
×

10

26

{\displaystyle 3,827\times 10^{26}}

## Основные параметры планеты

#### Масса, радиус и гравитация

Первые характеристики планеты, которые мы определим, это масса, радиус и гравитация. Стоит уточнить, что массу и радиус стоит подобрать так, чтобы гравитация не была менее 0,8 по отношению к гравитации Земли, для удобства, массу и радиус можно тоже записать по отношению к массе и радиусу Земли. Формула для высчитывания отношения поверхностной гравитации нашей планеты к поверхностной гравитации Земли выглядит так:

# g

m

r

2

{\displaystyle g={\frac {m}{r^{2}}}}

, где

1. g - отношение поверхностной гравитации планеты к поверхностной гравитации Земли
2. m - масса тела (удобнее брать отношение к массе Земли)
3. r - радиус тела (удобнее брать отношение к радиусу Земли)

Масса Земли равна примерно

5
,
97
×

10

24

{\displaystyle 5,97\times 10^{24}}

 кг, радиус Земли равен 6 371 км.

Более низкая гравитация позволит существовать мегафауне, более высокая гравитация установит более низкий лимит на размеры.

#### Осевой наклон и продолжительность суток

Чем меньше осевой наклон планеты, тем ниже сезонные колебания на её северном и южном полушариях. Осевой наклон Земли равен 23°26'. Стоит сказать, что слишком большой осевой наклон увеличит сезонные колебания до абсурдности, в результате чего жизнь на такой планете будет невозможна из-за чрезмерного нагревания одного полушария и чрезмерного охлаждения второго.

Формулы для расчёта продолжительности суток не существует, поэтому это полностью в вашей власти. Только стоит помнить, что у землеподобных планет период обращения вокруг оси не может быть меньше полутора часов, а слишком длинный период приведёт к чрезмерному нагреванию и охлаждению как и с осевым наклоном, только уже в западном и восточном полушариях.

## Атмосфера

Самая интересный пункт в плане экспериментов, также самый опасный, даже небольшое изменение в её составе окажет колоссальное влияние на все организмы планеты. Но всё же не стоит бояться экспериментировать, ведь эксперименты - основа спекулятивной биологии.

Для определения газов в атмосфере, стоит разобрать каждый из них по-отдельности:

#### Азот

Самый распространённый газ в атмосфере Земли, там он составляет 78 %. Довольно инертный газ, почти не оказывает влияние на формирование минералов. Из-за того, что азот с трудом улетучивается в космос, он оказывается в "ловушке" в атмосфере. Разбавляет кислород, делая его пригодным для дыхания, также является основой белков. Ниже представлен круговорот азота на Земле:

Наличие азота в атмосфере обязательно, при этом этот газ должен составлять большую часть воздуха, так как он аккумулируется на планетах с атмосферой. В составе атмосферы любой не газовой планеты доминируют азот и углекислый газ. Земля является исключением, так как на ней углекислый газ потребляется фотосинтезирующими организмами.

#### Кислород

Кислород - второй по количеству газ в составе воздуха Земли, составляет 21 % на данный момент. За всю историю Земли количество кислорода много раз менялось, что один раз вызвало самое масштабное похолодание. Пожалуй, самый важный газ для живых организмов, позволяет проводить реакции окислительного фосфорилирования. Количество этого газа напрямую зависит от живых организмов: он производится фотосинтезирующими организмами, потребляется гетеротрофами и некоторыми хемосинтетиками. Входит в состав большинства минералов, поэтому его содержание в коре в тысячи раз превышает содержание в атмосфере.

Наличие кислорода обязательно, ведь не существует настолько же эффективного окислителя. От количества кислорода будет зависеть размер существ и способы их дыхания. В больших количествах кислород ядовит, но ничего не мешает вам придумать адаптацию к этому.

#### Углекислый газ

Ещё один очень важный газ для организмов. На Земле его содержание в атмосфере ничтожно и составляет в среднем 0.03 %. Парниковый газ, потребляется в ходе фотосинтеза, но выделяется при окислении и сгорании органических веществ, в частности и гетеротрофами в ходе цикла трёхкарбоновых кислот, который известен также как цикл Кребса.

Увеличение углекислого газа может привести к увеличению эффективности фотосинтеза, но не стоит забывать о законе оптимума - слишком сильное повышение углекислого газа ингибирует фотосинтез. Само количество углекислого в начале истории планеты будет очень велико, но постепенно будет снижаться под действием фотосинтезирующих организмов, то есть углекислый газ, как и кислород, регулируется живыми существами.

#### Остальные газы

Тут зависит от вашего желания и от знаний химии. Стоит учитывать множество факторов при добавлении даже небольшого количества необычных для Земной атмосферы газов. Так, например, вы можете добавить инертные газы, но они обладают наркотическим эффектом, следовательно у ваших существ должна быть от этого защита, кроме того, инертные газы имеют высокую электропроводность, то есть грозы станут очень разрушительными. В атмосфере Земли, к слову, такой инертный газ, как аргон составляет около 1 %, что намного больше того же углекислого газа.

Ещё один хороший, но более сложный пример - сероводород. Есть группа существ, называемых хемосинтетиками, они получают энергию для синтеза органических веществ из неорганических. Сероводород способны окислять серобактерии, при этом образуется вода и элементарная сера, а тратится кислород.