Пригодность экзопланет для земной жизни оценили экспериментально
Человечеству известно около 6000 экзопланет в примерно 4300 планетных системах. Могут ли какие-то из них быть обитаемыми, особенно похожие на Землю? Этому вопросу было посвящено исследование, подготовленное для журнала Life.
Потенциально обитаемыми считаются каменистые планеты в пределах обитаемой зоны — то есть на таком расстоянии от своей звезды, на котором вода остается в жидком состоянии. Но температура на поверхности зависит и от состава атмосферы, а жидкая вода вовсе не гарантирует пригодности планеты для жизни.
Поэтому исследователи подошли к вопросу фундаментально и объединили в своей работе влияние состава атмосферы с другими факторами, приняв за начальное условие экзопланету вблизи внутреннего края обитаемой зоны.
Были взяты 15 бутылок с пятью составами атмосферы внутри под разным давлением: обычный воздух, чистый CO2, с преобладанием N2, в основном CH4 и чистый H2. В сосуды поселили кишечную палочку любимого научным сообществом штамма E. coli K-12.
Наряду с лабораторными экспериментами ученые провели ряд симуляций с различными составами атмосферы и планетарными характеристиками.
«Для каждого состава атмосферы, который мы моделируем, вода является переменным компонентом, который может конденсироваться или испаряться в зависимости от условий давления/температуры», — пишут они.
E. coli показала себя на удивление хорошо в различных атмосферных составах. Хотя после засева наблюдалась задержка, поскольку E. coli адаптировалась, в некоторых тестах плотность клеток увеличилась.
Неожиданно бурно бактерия выросла в водороде, а чистая углекислота, напротив, оказалась для нее сложной средой.
Таким образом, анаэробная атмосфера вполне пригодна для простейшей земной жизни благодаря ее выдающимся способностям к адаптации. Что касается CO2, ставшим исключением в экспериментах, он может быть использован некоторыми формами жизни (хемотрофы или экстремофилы) в качестве источника углерода.
Основной целью работы было определение границ обитаемой зоны для планет с атмосферой из водорода и углекислоты. Показано, что H2 обладает большим парниковым эффектом, «сдвигая внутреннюю границу ОЗ на более дальние орбитальные расстояния, чем атмосферы с преобладанием CO2». Она может простираться до 1,4 а. е. при давлении 5 бар, в то время как атмосферы CO2 при том же давлении были ограничены 1,2 а. е.
Авторы признают допущенные ими существенные упрощения. Например, некоторые составы атмосфер, созданные в лаборатории (1 бар H2 и CO2), в реальности могут не сохраняться в геологических масштабах времени из-за таких процессов, как утечка водорода и карбонатно-силикатный цикл.
Тем не менее, исследование открывает путь к дальнейшим изысканиям на предмет существования жизни за пределами нашей Солнечной системы.
