Пригодные для жизни планеты могут быть еще более редкими, чем мы думали
- Химические условия во время формирования планет, в частности окислительно-восстановительная обстановка, критические для доступности элементов фосфора и азота, необходимых для жизни.
- Земля идеально подходит к так называемой "химической зоне Златовласки", но даже незначительные отклонения от этих условий могут значительно снизить концентрацию фосфора, важного для биосферы.
Поиск жизни за пределами Земли все больше выходит за пределы простого вопроса наличия воды. Новое исследование показывает, что химические условия во время формирования планет могут быть не менее критическими. Ученые выяснили, что ключевые элементы для жизни могут исчезать еще на ранних этапах существования мира.
Почему не все каменные планеты могут поддерживать жизнь?
Международная группа ученых проанализировала, как процесс формирования ядра планеты влияет на доступность двух базовых для жизни элементов – фосфора и азота. Именно они лежат в основе биохимии: фосфор нужен для построения ДНК и клеточного энергетического обмена, тогда как азот – для аминокислот и белков, говорится в большом исследовании, которое 10 февраля появилось в журнале Nature.
Смотрите также Совсем близко к Земле может быть экзопланета, пригодная к жизни
Исследование показывает, что во время ранней истории планеты, когда она находится в состоянии глобального магматического океана, металлическое ядро отделяется от мантии. В этот момент значительная часть химических элементов может либо остаться в мантии, или навсегда "спрятаться" в ядре. Если происходит второе, элементы становятся практически недоступными для поверхности и, соответственно, для жизни.
Ключевым параметром в этом процессе оказалась окислительно-восстановительная обстановка, или кислородная фугитивность.
- При слишком восстановительных условиях фосфор активно переходит в металлическое ядро, оставляя мантию почти пустой.
- При слишком окислительных условиях ситуация меняется – фосфора становится много, но азот либо не задерживается в мантии, либо быстро теряется в космос после дегазации атмосферы.
В результате формируется очень узкий диапазон условий, в котором и фосфор, и азот присутствуют в мантии в количествах, достаточных для поддержания биосферы. Исследователи называют его "химической зоной Златовласки" – не слишком восстановительной и не слишком окислительной.
Что такое зона Златовласки
Это область вокруг звезды, где условия на поверхности планеты позволяют воде существовать в жидком состоянии, что является ключевым условием для возможного существования жизни. Название происходит от английской сказки о Златовласке, где главная героиня ищет вещи "как раз подходящие" – не слишком горячие и не слишком холодные, а именно то, что надо. Астрономы используют этот термин с 1970-х годов для обозначения космических регионов, где планета находится не слишком близко к звезде (где было бы слишком жарко) и не слишком далеко (где было бы слишком холодно), а на оптимальном расстоянии для поддержания благоприятных для жизни условий. Земля является примером планеты, находящейся в зоне Златовласки вокруг Солнца.
Земля, по результатам моделирования, идеально попадает в эту химическую зону Златовласки. Более того, ученые показывают, что даже незначительные отклонения от земных условий могут привести к падению концентрации фосфора в мантии на несколько порядков.
Для биологии это критично: даже неоднократные изменения в доступности фосфора или азота способны радикально изменить масштабы и активность биосферы на длительные периоды.
Где искать жизнь
Отдельное внимание исследование уделяет экзопланетам. Анализ звездных составов показывает, что вариации в начальном количестве фосфора и азота в планетных системах существуют, но они значительно меньше эффекта, который создает именно процесс формирования ядра. Другими словами, то, как планета формировалась, важнее того, с чего она начинала.
Авторы также отмечают, что миры с чрезвычайно восстановительными условиями – в частности гипотетические океанические субнептуны с водородной атмосферой – могут быть бедными не только на фосфор, но и на доступный азот. Это делает возникновение землеподобной жизни на таких планетах маловероятным, даже если там есть вода.
Эти результаты показывают нам, что пригодные для жизни планеты являются редкими, а поиск биосигнатур требует учета не только атмосферы, но и глубинной геохимии планет.