Мы не так искали жизнь на других планетах - астрономы

В поисках жизни за пределами Земли астрономы стремятся обнаружить экзопланеты в “обитаемой зоне“ - области вокруг звезды, где на планете может существовать жидкая вода.

Хотя большинство исследований обитаемой зоны сосредоточено на яркости звезды (поскольку температура определяет, может ли вода на планете быть жидкой, ледяной или газовой), новое исследование показывает, что это чрезвычайно упрощенная и наивная картина. Истинная проверка того, может ли планета содержать жизнь, на самом деле может заключаться в благороднейшем из газов: азоте.

Насколько мы понимаем жизнь (а поскольку у нас есть только один пример для работы - жизнь на Земле), жизни нужна жидкая вода.  Вода - главный растворитель, и это место, где могут происходить все интересные химические реакции, поддерживающие жизнь.

И хотя вода - знакомое сочетание двух частей водорода и одной части кислорода - является самой распространенной молекулой во Вселенной, к сожалению, она редко находится в жидком состоянии, пригодном для жизни.

Большая часть воды либо заморожена, заперта в кометах, либо на огромных ледяных щитах, покрывающих холодные планеты, либо заключена в газ, испаряемый мощным теплом, излучаемым звездами. Жидкая вода встречается крайне редко и встречается только при определенных обстоятельствах. 

Одна из таких особых ситуаций - это состояние, в котором оказалась Земля. Наша родная планета не слишком далеко от Солнца, чтобы его вода превратилась в лед, и не слишком близко, чтобы она превратилась в газ. Земля находится на правильном расстоянии от Солнца, чтобы на ее поверхности оставалась жидкая вода. Это так называемая “обитаемая зона“ (также называемая “зоной Златовласки“, потому что солнечный свет не слишком горячий и не слишком холодный). У каждой звезды есть своя обитаемая зона, в зависимости от ее размера, температуры и яркости.

В охоте за жизнью за пределами Земли астрономы в первую очередь ищут планеты в обитаемой зоне их родительской звезды. Конечно, могут быть и другие места, где процветает жизнь, но поскольку Земля является единственным примером жизни, который мы действительно видели, лучше всего найти внеземного друга.

Увы, вселенная не так проста, по крайней мере, согласно новому исследованию, недавно опубликованному в препринте журнала arXiv.

Используя набор компьютерных симуляций для воссоздания атмосферных условий на экзопланетах или планетах за пределами нашей Солнечной системы, исследователи, написавшие статью, изучили множество потенциально пригодных для жизни систем. Они изменили размер и тип родительских звезд планет, характеристики их планетных орбит, количество жидкой воды, уже доступной планетам при их формировании, и, что наиболее важно, их атмосферы.

Например, рассмотрим нашу сестринскую планету Венеру, которая также находится в зоне обитания Солнца. Тем не менее, из-за перегрузки углекислым газом в далеком прошлом, он пережил неконтролируемый парниковый эффект и теперь имеет самую высокую температуру поверхности среди всех планет Солнечной системы. И она определенно непригодна для жилья.

Но углекислый газ - не единственный газ, который плавает в атмосфере планеты. Еще есть азот. Поскольку это благородный газ, он в значительной степени инертен и не участвует во многих активных биологических процессах. Тем не менее, он составляет более 80% атмосферы Земли, и без него у нас не было бы атмосферы. Мы очень мало знаем об истории азота на Земле.

Мы не уверены, с каким количеством газа родилась наша планета, а некоторые геологические данные даже указывают на то, что всего 2 миллиарда лет назад у нас было всего лишь половина азота, который есть сегодня. И, поскольку мы мало что знаем об азоте на Земле, мы определенно мало знаем об азоте на других планетах.

Ученые, проводившие моделирование в этом новом исследовании, обнаружили, что азот играет огромную роль в определении общей температуры планеты и, следовательно, ее обитаемости. Что еще более сложно: это непростые отношения, большее количество азота не обязательно делает планету теплее.

Например, если атмосфера планеты не слишком толстая и присутствует много воды, добавление азота может вызвать значительный нагрев, потому что добавленное атмосферное давление увеличивает эффективность парниковых газов, таких как двуокись углерода и водяной пар. С другой стороны, в относительно сухом мире большее количество азота легче рассеивает звездный свет, что приводит к резкому похолоданию.

Конечным результатом является то, что две планеты, вращающиеся вокруг одинаковых звезд с одинаковыми орбитами с аналогичными поверхностями, но с разным количеством азота, могут иметь резко разные температуры, и их трудно предсказать.

Поскольку азот является благородным газом, он также не излучает и не поглощает излучение в видимой или инфракрасной области спектра. Это крайне затрудняет обнаружение в атмосферах чужих планет. Таким образом, даже если планета находится в зоне Златовласки своей звезды, мы не узнаем, действительно ли она пригодна для жизни, если мы не разберемся с количеством азота в ее атмосфере.