Поиск внеземной жизни – одна из самых захватывающих задач современной науки. Астрономы обнаружили около 6000 экзопланет в примерно 4300 планетарных системах. Среди них есть и каменистые планеты, расположенные в так называемой «обитаемой зоне», то есть в области, где температура позволяет существовать жидкой воде. Примеры таких миров – TRAPPIST-1e, Proxima Centauri b и TOI-700 d. Однако традиционное определение обитаемой зоны, основанное исключительно на расстоянии от звезды, оказывается слишком упрощенным. Новое исследование, проведенное под руководством Асены Кузукан из Университета Женевы в Швейцарии, проливает свет на влияние атмосферы на потенциальную обитаемость планет.
Исследование, озаглавленное «Роль атмосферного состава в определении границ обитаемой зоны и поддержании роста E. coli", ставит под сомнение устоявшиеся представления. Ученые объединили климатическое моделирование с биологическими экспериментами. В качестве подопытного микроорганизма была выбрана бактерия E. coli K-12, хорошо известная и изученная в лабораторных условиях. E. coli помещали в 15 отдельных бутылок, по три на каждый из пяти типов атмосфер: обычный земной воздух, чистый углекислый газ, азот-обогащенную, метан-обогащенную и чистый молекулярный водород. Параллельно проводились климатические симуляции на основе 3D модели общей циркуляции атмосферы, чтобы оценить влияние разного атмосферного состава на температуру поверхности планеты.
Результаты оказались удивительными. В то время как в обычной воздушной среде, метане и азоте, рост E. coli увеличился за сутки, то в чистом водороде наблюдался ещё более сильный рост. Однако в атмосфере чистого углекислого газа рост бактерий был значительно замедлен. Это означает, что анаэробные атмосферы, богатые водородом, метаном или азотом, могут поддерживать микробную жизнь. Более того, атмосфера водорода обладает согревающим эффектом, что может расширить внутреннюю границу обитаемой зоны. При давлении в 5 бар эта граница сдвигается от звезды на расстояние 1,4 астрономической единицы. В то же время углекислый газ, наоборот, сужает обитаемую зону, сдвигая ее внутреннюю границу ближе к звезде, примерно до 1,2 а. е.
Ключевым выводом этого исследования является понимание, что состав атмосферы играет определяющую роль в формировании границ обитаемой зоны, и не только расстояние до звезды. Водород в больших количествах может увеличить вероятность существования жидкой воды на поверхности. А удивительная живучесть E. coli и ее способность адаптироваться к разным типам атмосфер, ставит под сомнение привычные представления о границах жизни.
Исследование подчеркивает, что поиск внеземной жизни не должен ограничиваться поиском планет, похожих на Землю. Необходимо учитывать разнообразие атмосферных составов, которое может встречаться на экзопланетах. Ведь, как показал эксперимент, не только присутствие кислорода, но и другие газы, например водород, могут поддерживать жизнь.
Кроме того, важно отметить, что некоторые из протестированных атмосферных сценариев, могут быть не устойчивыми в реальных условиях, из-за таких процессов как улетучивание водорода и карбонатно-силикатного цикла. Тем не менее, данное исследование дает важные представления о радиационных эффектах различных газов на обитаемость планет. И оно ставит под сомнение традиционные представления об обитаемых зонах, расширяя горизонты нашего понимания о том, где и как может существовать жизнь во Вселенной.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование, озаглавленное «Роль атмосферного состава в определении границ обитаемой зоны и поддержании роста E. coli", ставит под сомнение устоявшиеся представления. Ученые объединили климатическое моделирование с биологическими экспериментами. В качестве подопытного микроорганизма была выбрана бактерия E. coli K-12, хорошо известная и изученная в лабораторных условиях. E. coli помещали в 15 отдельных бутылок, по три на каждый из пяти типов атмосфер: обычный земной воздух, чистый углекислый газ, азот-обогащенную, метан-обогащенную и чистый молекулярный водород. Параллельно проводились климатические симуляции на основе 3D модели общей циркуляции атмосферы, чтобы оценить влияние разного атмосферного состава на температуру поверхности планеты.
Результаты оказались удивительными. В то время как в обычной воздушной среде, метане и азоте, рост E. coli увеличился за сутки, то в чистом водороде наблюдался ещё более сильный рост. Однако в атмосфере чистого углекислого газа рост бактерий был значительно замедлен. Это означает, что анаэробные атмосферы, богатые водородом, метаном или азотом, могут поддерживать микробную жизнь. Более того, атмосфера водорода обладает согревающим эффектом, что может расширить внутреннюю границу обитаемой зоны. При давлении в 5 бар эта граница сдвигается от звезды на расстояние 1,4 астрономической единицы. В то же время углекислый газ, наоборот, сужает обитаемую зону, сдвигая ее внутреннюю границу ближе к звезде, примерно до 1,2 а. е.
Ключевым выводом этого исследования является понимание, что состав атмосферы играет определяющую роль в формировании границ обитаемой зоны, и не только расстояние до звезды. Водород в больших количествах может увеличить вероятность существования жидкой воды на поверхности. А удивительная живучесть E. coli и ее способность адаптироваться к разным типам атмосфер, ставит под сомнение привычные представления о границах жизни.
Исследование подчеркивает, что поиск внеземной жизни не должен ограничиваться поиском планет, похожих на Землю. Необходимо учитывать разнообразие атмосферных составов, которое может встречаться на экзопланетах. Ведь, как показал эксперимент, не только присутствие кислорода, но и другие газы, например водород, могут поддерживать жизнь.
Кроме того, важно отметить, что некоторые из протестированных атмосферных сценариев, могут быть не устойчивыми в реальных условиях, из-за таких процессов как улетучивание водорода и карбонатно-силикатного цикла. Тем не менее, данное исследование дает важные представления о радиационных эффектах различных газов на обитаемость планет. И оно ставит под сомнение традиционные представления об обитаемых зонах, расширяя горизонты нашего понимания о том, где и как может существовать жизнь во Вселенной.
