Придатні для життя планети можуть бути ще більш рідкісними, ніж ми думали

Чому не всі кам'яні планети можуть підтримувати життя?

Міжнародна група науковців проаналізувала, як процес формування ядра планети впливає на доступність двох базових для життя елементів – фосфору та азоту. Саме вони лежать в основі біохімії: фосфор потрібен для побудови ДНК і клітинного енергетичного обміну, тоді як азот – для амінокислот і білків, йдеться у великому дослідженні, яке 10 лютого з'явилося в журналі Nature.

Дивіться також Зовсім близько до Землі може бути екзопланета, придатна до життя

Дослідження показує, що під час ранньої історії планети, коли вона перебуває у стані глобального магматичного океану, металеве ядро відокремлюється від мантії. У цей момент значна частина хімічних елементів може або залишитись у мантії, або назавжди "заховатися" в ядрі. Якщо стається друге, елементи стають практично недоступними для поверхні й, відповідно, для життя.

Ключовим параметром у цьому процесі виявилась окиснювально-відновна обстановка, або киснева фугітивність.

• За надто відновних умов фосфор активно переходить у металеве ядро, залишаючи мантію майже порожньою.
• За надто окисних умов ситуація змінюється – фосфору стає багато, але азот або не затримується в мантії, або швидко втрачається в космос після дегазації атмосфери.

У результаті формується дуже вузький діапазон умов, у якому і фосфор, і азот присутні в мантії у кількостях, достатніх для підтримки біосфери. Дослідники називають його "хімічною зоною Золотоволоски" – не надто відновною і не надто окисною.

Земля, за результатами моделювання, ідеально потрапляє в цю хімічну зону Золотоволоски. Більше того, вчені показують, що навіть незначні відхилення від земних умов можуть призвести до падіння концентрації фосфору в мантії на кілька порядків.

Для біології це критично: навіть кількаразові зміни в доступності фосфору або азоту здатні радикально змінити масштаби та активність біосфери на тривалі періоди.

Де шукати життя

Окрему увагу дослідження приділяє екзопланетам. Аналіз зоряних складів показує, що варіації в початковій кількості фосфору та азоту у планетних системах існують, але вони значно менші за ефект, який створює саме процес формування ядра. Іншими словами, те, як планета формувалась, важливіше за те, з чого вона починала.

Автори також зазначають, що світи з надзвичайно відновними умовами – зокрема гіпотетичні океанічні субнептуни з водневою атмосферою – можуть бути бідними не лише на фосфор, а й на доступний азот. Це робить виникнення землеподібного життя на таких планетах малоймовірним, навіть якщо там є вода.

Ці результати показують нам, що придатні для життя планети є рідкісними, а пошук біосигнатур потребує врахування не лише атмосфери, а й глибинної геохімії планет.