Бурхливе активне Сонце могло дати поштовх життя Землі

Нове дослідження показує, що перші будівельні блоки життя на Землі могли сформуватися завдяки виверженням нашого Сонця. Серія хімічних експериментів показує, як сонячні частинки, стикаючись із газами в ранній атмосфері Землі, можуть утворювати амінокислоти та карбонові кислоти, основні будівельні блоки білків та органічного життя. Висновки були опубліковані в журналі Life.

Щоб зрозуміти походження життя, багато вчених намагаються пояснити, як утворилися амінокислоти, сировина, з якої білки та все клітинне життя. Найвідоміша пропозиція виникла наприкінці 1800-х років, коли вчені припустили, що життя могло зародитися в «теплому маленькому ставку»: бульйоні з хімічних речовин, що живляться блискавкою, теплом та іншими джерелами енергії, які можуть змішуватися в концентрованих кількостях, щоб утворюють органічні молекули.

У 1953 році Стенлі Міллер з Чиказького університету спробував відтворити ці первісні умови в лабораторії. Міллер наповнив закриту камеру метаном, аміаком, водою та молекулярним воднем – газами, які, як вважають, були поширеними в ранній атмосфері Землі, – і кілька разів запалював електричну іскру, щоб імітувати блискавку. Через тиждень Міллер і його дипломований радник Гарольд Юрі проаналізували вміст камери й виявили, що утворилося 20 різних амінокислот.

«Це було велике відкриття», — сказав Володимир Айрапетян, зоряний астрофізик із Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, і співавтор нової статті. «З основних компонентів ранньої земної атмосфери можна синтезувати ці складні органічні молекули».

Але останні 70 років ускладнили цю інтерпретацію. Тепер вчені вважають, що аміаку (NH3) і метану (CH4) було набагато менше; натомість земне повітря було наповнене вуглекислим газом (CO2) і молекулярним азотом (N2), для розпаду яких потрібно більше енергії. Ці гази все ще можуть давати амінокислоти, але в значно зменшених кількостях.

Шукаючи альтернативні джерела енергії, деякі вчені вказали на ударні хвилі від налітаючих метеоритів. Інші посилалися на сонячне ультрафіолетове випромінювання. Airapetian, використовуючи дані місії NASA Kepler, вказав на нову ідею: енергетичні частинки нашого Сонця.

Кеплер спостерігав за далекими зірками на різних етапах їх життєвого циклу, але його дані дають підказки про минуле нашого Сонця. У 2016 році Airapetian опублікував дослідження, згідно з яким протягом перших 100 мільйонів років існування Землі Сонце було приблизно на 30% тьмянішим. Але сонячні «суперспалахи» — потужні виверження, які ми бачимо сьогодні лише раз на 100 років або близько того — вибухали б раз на 3-10 днів. Ці суперспалахи запускають частинки з близько світловою швидкістю, які регулярно стикаються з нашою атмосферою, запускаючи хімічні реакції.

«Як тільки я опублікував цю статтю, зі мною зв’язалася команда з Національного університету Йокогами з Японії», — сказав Айрапетян.

Доктор Кобаясі, професор хімії там, провів останні 30 років, вивчаючи хімію пребіотиків. Він намагався зрозуміти, як галактичні космічні промені — частинки, що надходять із-за меж Сонячної системи — могли вплинути на ранню атмосферу Землі. «Більшість дослідників ігнорують галактичні космічні промені, тому що для них потрібне спеціальне обладнання, як-от прискорювачі частинок, — сказав Кобаяші. — Мені пощастило мати доступ до кількох із них поблизу наших об’єктів». Незначні зміни в експериментальній установці Кобаяші могли б поставити ідеї Айрапетіана на користь. тест.

Айрапетян, Кобаяші та їхні співробітники створили суміш газів, що відповідає ранній атмосфері Землі, як ми її розуміємо сьогодні. Вони поєднали вуглекислий газ, молекулярний азот, воду та змінну кількість метану. (Пропорція метану в ранній атмосфері Землі невідома, але вважається низькою.) Вони стріляли в газові суміші протонами (імітуючи сонячні частинки) або запалювали їх іскровими розрядами (імітуючи блискавку), відтворюючи для порівняння експеримент Міллера-Юрі.

Поки частка метану перевищувала 0,5%, суміші, вистрілювані протонами (сонячними частинками), виробляли помітну кількість амінокислот і карбонових кислот. Але іскрові розряди (блискавки) вимагали приблизно 15% концентрації метану, перш ніж взагалі утворилися будь-які амінокислоти.

«І навіть при 15% метану швидкість виробництва амінокислот блискавкою в мільйон разів менша, ніж протонами», — додав Айрапетян. Протони також мають тенденцію виробляти більше карбонових кислот (попередників амінокислот), ніж ті, що запалюються іскровими розрядами.

Збільшене зображення виверження Сонця, зокрема сонячного спалаху, викиду корональної маси та події сонячних енергетичних частинок.Авторство: Центр космічних польотів імені Годдарда NASA За інших рівних умов сонячні частинки є більш ефективним джерелом енергії, ніж блискавка. Але все інше, швидше за все, було нерівним, припустив Айрапетян. Міллер і Юрі припустили, що блискавка була такою ж поширеною в часи «теплого маленького ставка», як і сьогодні. Але блискавка, яка походить від грозових хмар, утворених теплим повітрям, що підійматися, була б рідшою за 30% тьмянішого Сонця.

«У холодні умови ніколи не буває блискавок, і рання Земля була під досить слабким Сонцем», — сказав Айрапетян. «Це не означає, що це не могло виникнути від блискавки, але зараз блискавка здається менш імовірною, а сонячні частинки — більш імовірною».

Ці експерименти свідчать про те, що наше активне молоде Сонце могло каталізувати попередників життя легше і, можливо, раніше, ніж передбачалося раніше.