Виртуальная Земля без жизни показала, что пригодность планеты для обитания не требует присутствия живых организмов

Ученые из Вашингтонского университета создали компьютерную модель Земли без жизни и выяснили, что наша планета могла бы оставаться пригодной для обитания даже в полном отсутствии живых организмов. Исследование, опубликованное в журнале The Planetary Science Journal, показывает, что многие атмосферные особенности, которые мы привыкли связывать с деятельностью жизни, на самом деле могут объясняться чисто геологическими и химическими процессами. Это открытие важно для будущих поисков внеземной жизни: теперь у астрономов появится своего рода эталон, с которым можно сравнивать атмосферы далеких планет и отличать миры, где жизнь действительно есть, от миров, где ее нет, но которые выглядят похоже.

Когда мы смотрим на ночное небо, насчитывающее тысячи звезд, почти каждая из них может иметь свою планету. На сегодняшний день астрономы открыли более шести тысяч миров за пределами Солнечной системы, и число это постоянно растет. Самые интересные из них — каменистые планеты, похожие на Землю, где теоретически может существовать жидкая вода. Именно там ученые надеются найти следы жизни.

Но вот в чем сложность: даже если планета выглядит обитаемой, это еще не значит, что на ней кто-то живет. Атмосфера может содержать газы, которые на Земле производят растения и бактерии, но в отсутствие жизни эти же газы могут возникать в результате вулканической деятельности или химических реакций в недрах. Как отличить одно от другого? Именно на этот вопрос попыталась ответить команда исследователей под руководством Саманты Гилберт-Янизек.

Вместе со своим научным руководителем Рори Барнсом, доцентом кафедры астрономии, она построила виртуальную копию Земли, но с одним принципиальным отличием: в этой модели никогда не существовало жизни. Ученые смоделировали пять миллиардов лет геологической истории планеты — от момента ее формирования 4,5 миллиарда лет назад и примерно до времени на 500 миллионов лет в будущем. Модель учитывала сложнейшие взаимодействия между ядром, мантией, корой, поверхностью и атмосферой: как тепло из недр поднимается наверх, как газы выходят наружу, как химические вещества циркулируют между разными оболочками планеты. Иными словами, исследователи создали полную картину того, как планета дышит, нагревается и остывает, обменивается веществами с космосом, но без всякого участия живых организмов.

Результат оказался поразительным. Виртуальная безжизненная Земля после 4,5 миллиарда лет эволюции воспроизвела 19 ключевых характеристик реальной планеты, причем с той точностью, которая укладывается в пределы погрешностей измерений. Это значит, что модель работает корректно и ее можно использовать как отправную точку для изучения других миров. Более того, исследователи создали на основе своей модели спектр отраженного света, то есть то, как планета выглядела бы в телескоп для далекого наблюдателя. Этот спектр охватывает диапазон длин волн, который планирует изучать будущая Обсерватория обитаемых миров, амбициозный космический телескоп, который должен заняться поиском жизни на экзопланетах.

Почему это так важно? Дело в том, что жизнь способна кардинально менять облик планеты. На Земле растения и микроорганизмы постоянно выбрасывают в атмосферу кислород и метан. Эти два газа вступают в реакцию друг с другом и уничтожают друг друга, поэтому их одновременное присутствие в атмосфере — серьезный повод заподозрить, что кто-то постоянно пополняет их запасы. Именно так инопланетный астроном мог бы догадаться, что на нашей планете есть жизнь. Но теперь выясняется, что похожие сочетания газов могут возникать и без всякой биологии. Значит, астрономам нужен надежный способ отличить «обитаемую, но безжизненную» планету от «населенной». Новая модель как раз и дает такой способ: если наблюдаемая атмосфера далекого мира не вписывается в предсказания безжизненной модели, это становится серьезным аргументом в пользу того, что там есть жизнь.

Исследователи отметили, что работа стала важным шагом вперед после более чем десяти лет усилий многих ученых. Раньше модели умели описывать либо недра планеты, либо ее атмосферу по отдельности, но не все сразу. Теперь же появилась единая система, которая одновременно воспроизводит свойства ядра, мантии, поверхности и атмосферы Земли. Это дает исследователям уверенность в том, что будущие модели экзопланет будут точными. Сама Саманта Гилберт говорит, что созданная модель пригодится не только для интерпретации будущих наблюдений, но и для проектирования самих телескопов. Ведь чтобы понять, какие сигналы искать, нужно заранее знать, как могут выглядеть разные планеты — и с жизнью, и без нее.

Исследовательница признается, что создание Обсерватории обитаемых миров потребует десятилетий работы многих поколений ученых. Она благодарна за возможность внести свой вклад в это общее дело и однажды передать эстафету тем, кто продолжит искать ответ на один из самых волнующих вопросов человечества: одиноки ли мы во Вселенной. Ее работа это не окончательный ответ, а скорее фундамент, на котором будут строиться будущие открытия. Ведь прежде чем искать жизнь, нужно научиться отличать ее от простой геологии. И теперь у ученых есть инструмент, который помогает это сделать.

В итоге исследование показало, что жизнь не является обязательным условием для поддержания пригодных для обитания условий на поверхности планеты. Модель безжизненной Земли успешно воспроизвела большинство ключевых характеристик нашей планеты за 4,5 миллиарда лет, а созданный на ее основе спектр отраженного света может стать своеобразной точкой отсчета для будущих наблюдений. Если атмосфера далекой планеты не вписывается в рамки этой безжизненной модели, у ученых появляется весомый повод заподозрить, что там действительно есть жизнь.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях