Чтобы звезды сошлись. Почему вода – еще не гарантия жизни на других планетах

Когда в 2009 году была запущена космическая обсерватория Kepler, астрономы были поражены темпами, с которыми обнаруживались планеты вокруг других звезд. Полученные данные позволили подсчитать, что в нашей галактике существует около 40 миллиардов миров, похожих на Землю. Они вращаются вокруг звезд солнечного типа или красных карликов и находятся в зоне обитаемости – области космического пространства, где на поверхности планет может существовать вода в жидком состоянии.

Почему это важно? Земной опыт показывает, что жидкая вода имеет решающее значение для существования жизни. И если это работает и в других мирах, то наша галактика должна буквально кишеть жизнью. Поэтому ученые стремятся найти ее признаки, разрабатывая различные телескопы, которые позволят обнаружить создаваемые ею уникальные спектральные сигнатуры.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Прощай, Kepler. Чего достиг космический телескоп NASA, и кто теперь будет охотиться на экзопланеты

Однако их задача сводится не только к этому. Ключевой целью ученых является поиск наилучших целей – экзопланет, где условия кажутся наиболее благоприятными для сложной жизни. При этом, как теперь полагают астробиологи, одной лишь воды для этого недостаточно. Опять-таки, если судить по опыту Земли, соотношение других молекул не менее важно. Например, мы знаем, что перебор с диоксидом или монооксидом углерода (углекислого или угарного газа) вполне может убить сложную жизнь.

Сегодня Эдвард Швитерман из Института астробиологии NASA в Риверсайде (Калифорния) и несколько его коллег стараются переосмыслить определение обитаемой зоны с учетом уровней содержания монооксида и диоксида углерода. Они полагают, что область поисков надо сузить. Для сложной жизни она должна быть вчетверо меньше, чем считалось ранее. "Наши результаты имеют ряд важных последствий для поиска биосигнатур экзопланет и сложной жизни за пределами Солнечной системы", – говорят они.

Условия Златовласки

Сначала немного предыстории. Размер обитаемой зоны, которую в англоязычных странах называют зоной Златовласки, сложно вычислить, поскольку температура поверхности планеты зависит от различных процессов с обратной связью в атмосфере. Например, от парникового эффекта. Традиционное определение данной области предполагает наличие атмосферы, содержащей азот, углекислый газ и воду, стабилизированную тем же карбонатно-силикатным процессом с обратной связью, который существует на Земле.

Карбонатно-силикатный цикл – это длительный процесс, в котором силикатные породы реагируют с водой и диоксидом углерода, образуя карбонатные породы, которые затем превращаются обратно в силикатные и газообразный СО2 при высоких давлениях и температурах, а также в результате вулканической деятельности. Это приводит к петле обратной связи, которая поддерживает уровни диоксида углерода в атмосфере относительно стабильными, позволяя парниковому эффекту повышать температуру.

На внутренней границе обитаемой зоны довольно высокую температуру жидкой воды может создавать относительно низкий уровень углекислого газа. На Земле он менялся на протяжении истории от десятков до сотен частей на миллион. "Однако для средних и внешних областей зоны жизни концентрация углекислого газа в атмосфере должна быть намного выше, чтобы поддерживать температуру, благоприятную для существования жидкой воды на поверхности", – отмечают Швитерман и его коллеги.

Взять хотя бы Kepler-62f. Это одна из экзопланет, которую принято считать перспективным кандидатом роль дома для внеземной жизни. Ее масса примерно втрое больше, чем у Земли. Она обращается вокруг звезды в созвездии Лиры примерно на том же расстоянии, что и Венера от Солнца, но поскольку ее светило тусклее, Kepler-62f получает примерно такое же количество света, что и Марс. Поэтому она находится на внешней границе обитаемой зоны.

Парниковый эффект может легко согреть Kepler-62f в достаточной мере для существования жидкой воды. Но Швитерман и его коллеги подсчитали, что для достижения этой цели потребуется давление углекислого газа от трех до пяти бар. Это в 1000 раз больше, чем знала Земля за всю историю сложной жизни.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Между льдом и пламенем. Смогут ли люди жить на экзопланете без закатов и рассветов

Группа ученых отмечает, что такой уровень СО2 ядовит даже для самой сложной жизни на Земле, и его повышение в прошлом, вероятно, было существенным фактором массового вымирания на нашей планете. Так что, выбирая характеристики обитаемых зон, нужно учитывать физиологический предел живых существ. В этом случае Kepler-62f уже не покажется таким гостеприимным миром.

Угрозу сложной жизни несет и угарный газ. Расчеты ученых из NASA гласят, что на планетах, вращающихся вокруг холодных звезд, вероятно, более высокий уровень моноксида углерода, поскольку тому способствуют фотохимические условия. А это еще одно ограничение, о котором надо помнить, давая определение того, что значит обитаемая зона.

Миллиардом больше, миллиардом меньше

В этом и заключается основная цель команды Швитермана – выявить подобные ограничения и понять, как они изменят наше представление о "жилом" космосе. И их исследование может иметь далекоидущие последствия. "Одним из следствий этого может стать то, что мы не будем ожидать проявления признаков разумной жизни или техносигнатур на планетах, вращающихся вокруг старых красных карликов, или в потенциально обитаемых мирах, находящихся у внешнего края зоны Златовласки", – утверждают Швитерман и его коллеги.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Пойти по мирам. 6 самых интересных экзопланет, открытых за последние 2 года

Это окажет значительное влияние на поиски жизни на других планетах в будущем. Астрономы вполне могут решить сосредоточиться на более теплых звездах солнечного типа, возможно, предлагающих более благоприятные условия.

Впрочем, не стоит опасаться, что поиски станут напрасными. Даже если ужесточить критерии к обитаемой зоне, существенно сократив ее, только в нашей галактике останутся сотни миллионов планет-кандидатов. На сегодняшний день этого вполне достаточно.

По материалам MIT Technology Review