RW Space

Когда мы обнаружим свидетельство жизни на планете, вращающейся вокруг другой звезды, это произойдет путем анализа газов в ее атмосфере. С ростом числа известных планет земного типа мы могли бы вскоре обнаружить в их атмосферах газы, связанные с жизнью.

Но что, если инопланетная жизнь использует химию, отличную от земной? Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, утверждает, что лучшие шансы для поиска свидетельств жизни — расширить наш поиск, чтобы включить планеты, которые имеют водородную атмосферу.

Мы можем исследовать атмосферу планеты, когда она пролетает перед своей звездой. Припролете, свет звезды должен пройти через атмосферу планеты, чтобы добраться до нас, и часть его поглощается по мере движения.

Изучая спектр звезды — ее свет разбивается в зависимости от длины волны — мы определим, из каких газов состоит атмосфера. Изучение атмосфер планет является одной из целей космического телескопа Джеймса Уэбба.

Если бы мы нашли атмосферу, в которой химическая смесь отличается от той, которую мы ожидаем, одним из самых простых объяснений было бы то, что она поддерживается живыми процессами.

Атмосфера нашей планеты содержит метан (CH₄), который естественным образом реагирует с кислородом, образовывая углекислый газ. Но метан сохраняется в биологических процессах.

Другой способ взглянуть на это состоит в том, что кислорода вообще не было бы там, если бы он не был освобожден от углекислого газа фотосинтетическими микробами во время так называемого большого оксигенационного события, которое началось около 2,4 миллиарда лет назад.

Поиск бескислородных атмосфер.

Авторы нового исследования утверждают, что мы должны начать исследовать миры, большие, чем Земля, в атмосфере которых преобладает водород. В них может не быть свободного кислорода, потому что водород и кислород образуют легковоспламеняющуюся смесь.

Водород является самой легкой из всех молекул и легко уходит в космос. Чтобы скалистая планета обладала достаточно сильной гравитацией, удерживая в водородную атмосферу, она должна быть «супер-Землей», масса которой примерно в два-десять раз превышает массу Земли.

Водород мог быть либо получен непосредственно из газового облака, где росла планета, либо позднее был выпущен в результате химической реакции между железом и водой.

Плотность атмосферы, в которой преобладает водород, уменьшается примерно в 14 раз медленнее, чем в атмосфере, где преобладает азот, такой как Земля. Это в 14 раз увеличивает оболочку атмосферы, окружающей планету, что позволяет легко обнаружить данные спектров.

Большие размеры также повысили бы наши шансы наблюдения такой атмосферы с помощью прямой визуализации с помощью оптического телескопа.

Водородное дыхание.

Авторы провели лабораторные эксперименты, в которых они продемонстрировали, что бактерия E.coli (миллиарды из которых живут в вашем кишечнике) может выживать и размножаться в водородной атмосфере при полном отсутствии какого-либо кислорода.

Они продемонстрировали то же самое для различных дрожжей.

Мы уже знаем о многих микробах в земной коре, которые выживают путем метаболизма водорода, и существует даже многоклеточный организм, который проводит всю свою жизнь в бескислородной зоне на дне Средиземного моря.

Атмосфера Земли, которая началась без кислорода, вряд ли когда-либо содержала более 1 процента водорода. Но ранняя жизнь, должна была метаболизироваться путем реакции водорода с углеродом с образованием метана, а не путем реакции кислорода с углеродом с образованием диоксида углерода.

Биосигнатуры.

Исследование действительно сделало важное открытие. Ученые продемонстрировали, что существует «удивительное разнообразие» десятков газов, вырабатываемых кишечной палочкой.

Многие из них, такие как диметилсульфид, карбонилсульфид и изопрен, могут быть обнаруживаемыми «биосигнатурами» в атмосфере водорода. Это повышает наши шансы распознать признаки жизни на планете — вы должны знать, что искать.

Тем не менее, метаболические процессы, которые используют водород, менее эффективны, чем те, которые используют кислород. Тем не менее, жизнь с водородным дыханием уже является устоявшейся концепцией для астробиологов.

Авторы нового исследования также указывают, что молекулярный водород в достаточной концентрации может выступать в качестве парникового газа. Это может сохранить поверхность планеты достаточно теплой для жидкой воды, и, следовательно, жизнь на поверхности.

Тем не менее, расширив пул возможно обитаемых миров, включив в себя супер — Земли с богатыми водородом атмосферами, они потенциально удвоили количество тел, которые мы могли бы исследовать, чтобы найти первые неуловимые признаки внеземной жизни.

Дэвид Ротери, профессор планетарных наук о Земле, Открытый университет.

Статья опубликована The Conversation.