В своих попытках найти свидетельства жизни за пределами нашей Солнечной системы ученые вынуждены использовать так называемый подход «низко висящий фрукт». По сути, это сводится к определению, могут ли планеты быть «потенциально пригодными для обитания», исходя из того, будут ли они достаточно теплыми, чтобы иметь жидкую воду на их поверхностях и плотную атмосферу с достаточным количеством кислорода.
Это является следствием того факта, что существующие методы исследования далеких планет в значительной степени косвенные, и что Земля - это только одна известная нам планета, способная поддерживать жизнь. Но что, если планеты, которые имеют много кислорода, не гарантируют жизнь? Согласно новому исследованию команды из Университета Джона Хопкинса, это вполне может иметь место.
Полученные результаты были опубликованы в исследовании под названием «Химия газовой фазы в холодных атмосферах экзопланет: понимание лабораторного моделирования», которое недавно было опубликовано в научном журнале. САУ Земля и Космос Химия. Ради их исследования команда смоделировала атмосферы планет вне Солнца в лабораторных условиях, чтобы продемонстрировать, что кислород не обязательно является признаком жизни.
На Земле газообразный кислород составляет около 21% атмосферы и возник в результате фотосинтеза, кульминацией которого стало Великое событие оксигенации (около 2,45 млрд. Лет назад). Это событие резко изменило состав атмосферы Земли, превратившись из атмосферы, состоящей из азота, углекислого газа и инертных газов, в смесь азота и кислорода, которую мы знаем сегодня.
Из-за своей важности для возникновения сложных форм жизни на Земле газообразный кислород считается одной из наиболее важных биосигнатур при поиске возможных признаков жизни за пределами Земли. В конце концов, газообразный кислород является результатом фотосинтезирующих организмов (таких как бактерии и растения) и потребляется сложными животными, такими как насекомые и млекопитающие.
Но когда дело доходит до этого, ученые многое не знают о том, как разные источники энергии инициируют химические реакции и как эти реакции могут создавать биосигнатуры, такие как кислород. В то время как исследователи запускали фотохимические модели на компьютерах, чтобы предсказать, какие атмосферы экзопланет могут быть в состоянии создать, реальное моделирование в лабораторных условиях отсутствовало.
Исследовательская группа провела их моделирование с использованием специально разработанной камеры Planetary HAZE (PHAZER) в лаборатории Сары Хёрст, доцента наук о Земле и планет в JHU и одного из главных авторов статьи. Исследователи начали с создания девяти различных газовых смесей для моделирования атмосфер экзопланет.
Эти смеси соответствовали прогнозам, сделанным в отношении двух наиболее распространенных типов экзопланет в нашей галактике - суперземли и мини-нептуны. В соответствии с этими прогнозами каждая смесь состояла из углекислого газа, воды, аммиака и метана, а затем была нагрета до температур в диапазоне от 27 до 370 ° C (от 80 до 700 ° F).
Затем команда ввела каждую смесь в камеру PHAZER и подвергла их воздействию одной из двух форм энергии, которые, как известно, запускают химические реакции в атмосферах - плазму переменного тока и ультрафиолетовое излучение. В то время как первые моделировали электрическую активность, такую как молния или энергетические частицы, ультрафиолетовое излучение имитировало свет от Солнца - основной движущей силы химических реакций в Солнечной системе.
После непрерывного проведения эксперимента в течение трех дней, что соответствует тому, как долго атмосферные газы будут подвергаться воздействию источника энергии в космосе, исследователи измерили и идентифицировали полученные молекулы с помощью масс-спектрометра. Они обнаружили, что в нескольких сценариях образуются кислород и органические молекулы. К ним относятся формальдегид и цианистый водород, которые могут привести к выработке аминокислот и сахаров.
Короче говоря, команда смогла продемонстрировать, что газообразный кислород и исходные материалы, из которых может возникнуть жизнь, могут быть созданы с помощью простых химических реакций. Как Чао Хэ, ведущий автор исследования, объяснил:
«Раньше люди полагали, что присутствие кислорода и органических веществ указывает на жизнь, но мы произвели их абиотически в нескольких симуляциях. Это говорит о том, что даже совместное присутствие общепринятых биосигнатур может быть ложно позитивным для жизни ».
Это исследование может иметь значительные последствия, когда речь идет о поиске жизни за пределами нашей Солнечной системы. В будущем телескопы следующего поколения дадут нам возможность напрямую получать изображения экзопланет и получать спектры из их атмосфер. Когда это происходит, присутствие кислорода, возможно, необходимо пересмотреть как потенциальный признак обитаемости. К счастью, есть еще много потенциальных биосигнатур для поиска!
