Сложная жизнь на планетах с наклоненной осью

Планеты, ось которых наклонена, как у нашей Земли, вероятно, более пригодны к развитию сложной жизни на них, чем все остальные. Обладая таким знанием, поиск продвинутой внеземной жизни можно усовершенствовать.

Как сообщила финансируемая NASA команда ученых под руководством Стефани Олсон из Университета Пердью на ежегодной «Геохимической конференции Гольдшмидта», они создали сложную модель условий, при которых жизнь на Земле может производить кислород. Модель позволила им ввести различные параметры, что позволяет показать, как изменение условий на планете может изменять количество кислорода, производимого фотосинтезирующей жизнью.

Основанием для идеи стало предположение, что соответствующие экзопланеты должны находиться на правильном расстоянии от своих звезд, чтобы на этих планетах могла существовать основа, по крайней мере, земной жизни — жидкая вода. Этот диапазон расстояний до звезды называется «обитаемой зоной». Однако для того, чтобы иметь возможность развивать продвинутую, более сложную жизнь, важны и другие факторы, в частности, атмосферный кислород. Кислород играет решающую роль в дыхании большинства известных нам форм жизни, то есть в химическом процессе, который управляет метаболизмом 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. Ранняя Земля была бедна кислородом, хотя на ней и существовали простые формы жизни.

«Модель позволяет нам изменять такие факторы, как продолжительность дня, количество атмосферы или распределение суши, чтобы увидеть, как морская среда и жизнь в этих океанах, производящая кислород, реагируют друг на друга», — объясняет Олсон.

Исследователи обнаружили, что увеличение продолжительности светового дня, повышение давления на поверхности и образование континентов влияют на модели циркуляции океана и связанный с ними перенос питательных веществ, что, в свою очередь, может увеличить производство кислорода.

В результате проведенного моделирования ученые считают, что эти факторы способствовали снабжению Земли кислородом, способствуя переносу кислорода в атмосферу, поскольку вращение Земли замедлилось, континенты выросли, а давление на поверхности со временем увеличилось.

«Самый интересный результат был получен, когда мы смоделировали «наклонение орбиты» — другими словами, то, как планета наклоняется, когда вращается вокруг своей звезды», — объясняет Меган Барнетт, одна из участниц исследования, аспирант Чикагского университета, и продолжает: «В нашей модели более сильная тенденция увеличивала фотосинтетическое производство кислорода в океанах, отчасти за счет повышения эффективности повторного использования биологических ингредиентов».

Земной шар наклонен по своей оси под углом 23,5 градуса. «Это дает нам времена года, когда части Земли получают больше прямого солнечного света летом, чем зимой», — объясняют исследователи. «Однако не все планеты в нашей Солнечной системе имеют такой же наклон, как и Земля: Уран наклонен на 98 градусов, а Меркурий — совсем не наклонен».

При поиске жизни на любой другой планете необходимо принимать во внимание несколько факторов. «Планета должна находиться на правильном расстоянии от своей звезды, чтобы позволить жидкой воде и химическим компонентам обеспечить там происхождения жизни. Но далеко не все океаны оказываются правильными колыбелями и хранителями для жизни, какой мы ее знаем, и еще меньшая группа планет будет иметь подходящую среду обитания для столь же сложных форм жизни, каковыми представляются животные», — продолжил Олсон. «Малые наклонности оси или экстремальная сезонность на планетах с наклонами, подобными Урану, могут ограничить распространение жизни. Но средний наклон планеты по своей оси способен увеличить вероятность того, что на ней разовьется богатая кислородом атмосфера, которая стимулирует микробную жизнь и метаболизм в больших количествах организмов».

Теперь полученный результат может помочь ученым сузить круг поиска сложной, а возможно, даже разумной жизни во Вселенной.

Тимоти Лайонс, профессор биогеохимии Калифорнийского университета в Риверсайде, заключает: «Первое биологическое производство кислорода на Земле и его первое значительное обогащение в атмосфере и океанах стали вехами в истории жизни на Земле. Исследования нашей собственной планеты показывают, что кислород может быть одной из самых важных биосигнатур в поисках жизни на далеких экзопланетах. Основываясь на этих наблюдениях и численном моделировании, Олсон и ее коллеги исследовали критическую область планетарных возможностей, которая выходит за рамки факторов, наблюдаемых в истории Земли. Ее работа показывает, как ключевые факторы, включая сезонность планеты, увеличивают или сводят к минимуму возможность обнаружения кислорода, вырабатываемого внеземной жизнью».