Жизнь может существовать на ближайших экзопланетах

Ожидание обнаружить жизнь на экзопланетах возросло после того, как были обнаружены каменистые планеты, похожие на Землю, вращающиеся в обитаемой зоне некоторых из наших ближайших звезд — до тех пор, пока надежды на это были разрушены высокими уровнями радиации, бомбардирующей эти миры.

Планета Проксима-В, находящаяся всего в 4,24 световых годах, получает в 250 раз больше рентгеновского излучения, чем Земля, и может испытывать смертельные уровни ультрафиолетового излучения на своей поверхности. Как жизнь могла пережить такую ​​бомбардировку? Астрономы Корнелльского университета говорят, что жизнь уже пережила такую ​​жестокую радиацию, и у них есть доказательства: это мы.

Лиза Кальтенеггер и Джек О’Мэлли-Джеймс приводят свои аргументы в новой статье, опубликованной в издании «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». Калтенеггер — адъюнкт-профессор астрономии и директор Корнелловского института Карла Сагана, в котором О’Мэлли-Джеймс является научным сотрудником.

Вся жизнь на Земле сегодня произошла от существ, которые процветали во время ультрафиолетового излучения даже сильнее, чем на Проксима-В и в других близлежащих экзопланет, которые в настоящее время существуют. Земля 4 миллиарда лет назад была хаотичным, облученным и горячим местом. Тем не менее, несмотря на это, жизнь каким-то образом возникла на Земле, а затем и развилась до Homo Sapiens.

По словам Калтенеггера и О’Мэлли-Джеймса, сейчас на некоторых ближайших экзопланетах может происходить то же самое. Исследователи смоделировали поверхностные ультрафиолетовые среды четырех ближайших к Земле экзопланет, которые потенциально пригодны для обитания: Proxima-b, TRAPPIST-1e, Ross-128b и LHS-1140b.

Эти планеты вращаются вокруг маленьких звезд красных карликов, которые, в отличие от нашего солнца, часто вспыхивают, подвергая свои планеты ультрафиолетовым излучением высокой энергии. Хотя точно неизвестно, какие именно условия преобладают на поверхности планет, вращающихся вокруг этих вспыхивающих звезд, известно, что такие вспышки являются биологически разрушительными и могут вызывать эрозию в атмосферах планет. Высокий уровень радиации вызывает мутации или даже исчезновение биологических молекул, таких как нуклеиновые кислоты.

Ученые смоделировали различные атмосферные составы, от тех, которые похожи на современную Землю, до «эродированных» и «бескислородных» атмосфер — тех, где очень тонкие атмосферы, которые плохо блокируют ультрафиолетовое излучение, и тех, которые не защищают с помощью озона соответственно.

Модели показывают, что по мере истощения атмосферы и снижения уровня озона, ультрафиолетовое излучение с более высокой энергией достигает поверхности планеты. Исследователи сравнили модели с историей Земли, от 4 миллиардов лет назад до наших дней.

Хотя моделируемые планеты получают более высокое ультрафиолетовое излучение, чем излучаемое нашим собственным солнцем сегодня, оно значительно ниже, чем Земля получала 3,9 миллиарда лет назад.

«Учитывая, что ранняя Земля была заселена, мы показываем, что УФ-излучение не должно быть ограничивающим фактором для обитаемости планет, вращающихся вокруг звезд М-типа. Наши самые близкие соседние миры остаются интригующими целями для поиска жизни за пределами нашей солнечной системы».

Противоположный вопрос возникает для планет, вращающихся вокруг неактивных M-звезд, на которых поток излучения особенно мал: требует ли эволюция жизни высокие уровни излучения ранней Земли?

Чтобы судить о потенциальной обитаемости миров с различными скоростями притока радиации, исследователи оценили показатели смертности при различных длинах волн ультрафиолетового излучения у экстремофилов Deinococcus radiodurans, одного из самых известных радиационно-устойчивых организмов.

Не все длины волн УФ-излучения одинаково вредны для биологических молекул: например, как пишут исследователи, «дозировка УФ-излучения при 360 нанометрах должна быть на три порядка выше, чем дозировка излучения при 260 нанометрах, чтобы производить аналогичные показатели смертности в популяции этого организма».

Исследователи отмечают, что многие организмы на Земле используют стратегии выживания, в том числе защитные пигменты, биофлуоресценцию и жизнь под землей, водой или камнями, чтобы справиться с высоким уровнем радиации, который может имитировать жизнь в других мирах. Подземную жизнь было бы труднее найти на далеких планетах без таких телескопов, которые могут обнаруживать биосигнатуры в атмосфере.

«История жизни на Земле предоставляет нам обширную информацию о том, как биология может преодолеть проблемы окружающей среды, которые мы считаем враждебными. Наше исследование показывает, что в поисках жизни в других мирах, самые близкие к нам миры являются интересными целями для исследования».

Jack T O’Malley-James et al, Lessons from early Earth: UV surface radiation should not limit the habitability of active M star systems, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019). DOI: 10.1093/mnras/stz724