Один наклон меняет правила игры. Ученые назвали главное условие для инопланетной жизни

Новое открытие поможет ученым в поиске более сложной жизни на экзопланетах. Это исследование финансируется НАСА, сообщает phys.org

С момента первого открытия экзопланет в 1992 году, ученые ищут миры, которые могут поддерживать жизнь. Считается, что для поддержания даже элементарной жизни экзопланеты должны находиться на правильном расстоянии от своих звезд, чтобы там существовала жидкая вода – это так называемая зона обитаемости или в англоязычной научной литературе она называется "зона Златовласки". Это название представляет собой отсылку к английской сказке "Goldilocks and the Three Bears", на русском языке известной под названием "Три медведя". В сказке Златовласка пытается воспользоваться несколькими наборами из трёх однородных предметов, в каждом из которых один из предметов оказывается по какому-либо параметру избыточным (большим, твёрдым, горячим и т. п.), другой — недостаточным (маленьким, мягким, холодным), а третий, промежуточный между ними, предмет приходится "в самый раз". Аналогично, для того, чтобы оказаться в обитаемой зоне, планета не должна находиться ни слишком далеко от звезды, ни слишком близко к ней, а на "правильном" удалении. Однако для более развитой, сложной жизни важны и другие факторы, особенно кислород в атмосфере.

Кислород играет решающую роль в дыхании, химическом процессе, который управляет метаболизмом самых сложных живых существ. Некоторые основные формы жизни производят кислород в небольших количествах, но для более сложных форм жизни, таких как растения и животные, кислород имеет решающее значение. На ранней Земле было мало кислорода, хотя существовали основные формы жизни.

Ученые создали сложную модель условий, необходимых для того, чтобы жизнь на Земле могла производить кислород. Модель позволила им ввести различные параметры, чтобы показать, как изменение условий на планете может изменить количество кислорода, производимого жизнью в процессе фотосинтеза. Это процесс, в котором зеленые растения и некоторые другие организмы используют солнечный свет для синтеза питательных веществ из углекислого газа и воды.

"Модель позволяет нам изменять такие вещи, как продолжительность дня, количество атмосферы или распределение суши, чтобы увидеть, как реагируют морская среда и жизнь в океанах, производящая кислород", — говорит ведущий исследователь Стефани Олсон из Университета Пердью.

Исследователи обнаружили, что увеличение продолжительности дня, повышение давления на поверхности и появление континентов влияют на структуру циркуляции океана и связанный с ней перенос питательных веществ, что может увеличить производство кислорода. Они считают, что эти отношения, возможно, способствовали насыщению Земли кислородом, способствуя переносу кислорода в атмосферу, поскольку вращение Земли замедлилось, ее континенты выросли, а давление на поверхности увеличилось с течением времени.

"Самый интересный результат был получен, когда мы смоделировали наклон оси вращения — другими словами, как планета наклоняется, когда она вращается вокруг своей звезды", — говорит Меган Барнетт из Чикагского университета. "Большой наклон увеличивает фотосинтетическое производство кислорода в океане в нашей модели, отчасти за счет повышения эффективности повторного использования биологических ингредиентов. Эффект был аналогичен удвоению количества питательных веществ, поддерживающих жизнь".

Наклон оси вращения Земли составляет 23,5 градуса. Это дает нам различные времена года, когда части Земли получают больше прямого солнечного света летом, чем зимой. Однако не все планеты в нашей Солнечной системе наклонены так же, как и Земля. Уран наклонен на 98 градусов, а Меркурий вообще не наклонен. Наклон оси вращения имеет важное значение, говорит Барнетт.

"При поиске жизни на другой планете необходимо учитывать несколько факторов. Планета должна находиться на правильном расстоянии от своей звезды, иметь жидкую воду и химические ингредиенты для происхождения жизни. Но не все океаны будут отличным местом для жизни в том виде, какой мы ее знаем, и еще меньше планет будут иметь подходящую среду обитания для жизни, чтобы она смогла развиваться до уровня сложных животных. Небольшой уровень наклона оси или экстремальная смена сезонов на планетах с таким наклоном оси, как у Урана, могут ограничить распространение жизни. Но небольшой наклон оси вращения планеты может увеличить вероятность того, что на ней образуется насыщенная кислородом атмосфера, которая может служить местом для развития микробной жизни и подпитывать метаболизм крупных организмов. Суть в том, что у миров, которые имеют небольшой наклон оси вращения, может быть больше шансов развить сложную жизнь. Это помогает нам сузить поиск сложной, возможно, даже разумной жизни во Вселенной", — говорит Олсон.

"Первое биологическое производство кислорода на Земле и его первое заметное накопление в атмосфере и океанах являются важными вехами в истории жизни на Земле. Кислород может быть одной из самых важных биосигнатур в поисках жизни на далеких экзопланетах. С помощью математического моделирования, Олсон и ее коллеги исследовали более широкий критический диапазон планетарных возможностей, чем те, которые наблюдались в истории Земли. Важно отметить, что эта работа показывает, как ключевые факторы, включая смена сезонов на планете, могут увеличить или уменьшить возможность обнаружения кислорода, полученного от жизненных форм за пределами нашей солнечной системы. Эти результаты, несомненно, помогут направить наши поиски внеземной жизни в правильное русло", — говорит Тимоти Лайонс из Калифорнийского университета в Риверсайде.