Ключ к жизни на Земле нашли в наклоне планеты

Согласно новому исследованию, умеренный наклон оси, как у Земли, помогает увеличить производство кислорода, который жизненно важен для жизни, какой мы ее знаем, а планеты со слишком маленькими или слишком большими наклонами могут быть не в состоянии производить достаточно кислорода для процветания сложной жизни.

"Суть в том, что планеты, которые слегка наклонены относительно своих осей, могут с большей вероятностью развить сложную жизнь", - сказала планетолог Стефани Олсон из Университета Пердью. "Это помогает нам сузить поиск сложной, возможно, даже разумной жизни во Вселенной".

Конечно, возможно, что жизнь может появиться за пределами тех параметров, которые мы знаем здесь, на Земле, но эта бледно-голубая точка - единственный мир, в котором мы точно знаем, есть жизнь. Поэтому целесообразно моделировать наши поиски соответствующим образом.

Когда мы ищем обитаемые миры где-нибудь в галактике, первое, что мы ищем, это: является ли он относительно маленьким и каменистым, как Земля? И вращается ли он вокруг звезды на расстоянии, называемом обитаемой зоной, областью Златовласки, где не слишком жарко и не слишком холодно, где температуры допускают появление жидкой воды на поверхности?

Эти вопросы хороши, но факторы, способствующие возникновению жизни, вероятно, намного сложнее. Например, наличие магнитного поля считается очень важным, поскольку оно защищает атмосферу планеты от звездных ветров. Эксцентриситет орбиты планеты и то, какие другие планеты присутствуют в системе, также могут быть ключевыми.

Олсон и ее команда пошли более детально, изучив наличие и производство кислорода; в частности, условия на планете, которые могут повлиять на количество кислорода, производимого фотосинтезирующей жизнью.

Большинству организмов (хотя и не всем) на Земле требуется кислород для дыхания - мы не можем без него жить. И все же на ранней Земле было мало кислорода. Наша атмосфера стала обогащенной кислородом только около 2,4–2 миллиардов лет назад, в период, известном как Великое событие окисления. Это было вызвано бумом цианобактерий, которые выкачивали огромное количество кислорода в качестве отходов метаболизма, что способствовало развитию многоклеточной жизни.

Олсон и ее команда попытались понять, как возникли условия, в которых цианобактерии могут процветать, с помощью моделирования.

"Модель позволяет нам изменять такие вещи, как продолжительность дня, количество атмосферы или распределение суши, чтобы увидеть, как реагируют морская среда и производящая кислород жизнь в океанах", - пояснил Олсон.

Их модель показала, что несколько факторов могли повлиять на перенос питательных веществ в океанах, способствуя появлению таких организмов, производящих кислород, как цианобактерии. Со временем вращение Земли замедлилось, дни ее жизни увеличились, а континенты сформировались и мигрировали. Исследователи обнаружили, что каждое из этих изменений могло помочь увеличить содержание кислорода.

Затем они учли осевой наклон. Ось Земли не совсем перпендикулярна плоскости ее орбиты вокруг Солнца; он наклонен под углом 23,5 градуса к перпендикуляру.

Этот наклон является причиной того, что у нас есть времена года - наклон от или к Солнцу влияет на сезонную изменчивость. Сезонные изменения температуры также влияют на океаны, вызывая конвективное перемешивание и течения, а также доступность питательных веществ.

Так что, возможно, неудивительно, что наклон оси существенно повлиял на производство кислорода в исследовании группы.

"Большой наклон увеличивает фотосинтетическое производство кислорода в океане в нашей модели, отчасти за счет повышения эффективности повторного использования биологических ингредиентов", - пояснила планетолог Меган Барнетт из Чикагского университета.

"Эффект был подобен удвоению количества питательных веществ, поддерживающих жизнь".

Но есть предел. Уран, например, наклонен на 98 градусов от перпендикуляра. Такой экстремальный наклон может привести к сезонности, которая может быть слишком экстремальной для жизни. Небольшой наклон также может не дать достаточной сезонности для обеспечения нужного уровня доступности питательных веществ. Это также может быть зона Златовласки для осевого наклона - ни слишком экстремальная, ни слишком маленькая.

Это еще один параметр, который мы можем использовать, чтобы помочь сузить круг планет в других частях галактики, которые, вероятно, имеют жизнь в том виде, в каком мы ее знаем.

"Эта работа показывает, как ключевые факторы, включая сезонность планеты, могут увеличить или уменьшить возможность обнаружения кислорода, полученного от жизни за пределами нашей Солнечной системы", - сказал биогеохимик Тимоти Лайонс из Калифорнийского университета в Риверсайде.

"Эти результаты, несомненно, помогут направить наши поиски той жизни". Исследование было представлено на геохимической конференции Goldschmidt 2021 года.