Ажиотаж вокруг экзопланет взмыл до небес, когда были обнаружены каменистые землеподобные планеты, вращающиеся в зоне обитаемости некоторых из ближайших к нам звезд. Однако высокие уровни радиации, бомбардирующей эти миры, ослабили надежды.
Проксима Центавра b, расположенная всего в 4,24 светового года от Земли, получает в 250 раз больше рентгеновского излучения, чем Земля, и может также получать смертельные уровни ультрафиолетового излучения на своей поверхности. Как может жизнь существовать в таких условиях? Астрономы из Корнеллского университета утверждают, что жизнь уже выдерживала такую высокую радиацию, и у них есть доказательство — мы сами. Об этом Лиза Калтенеггер и Джек О’Мэлли-Джеймс написали статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Вся жизнь на Земле развилась из существ, наполнявших планету во времена еще более интенсивного ультрафиолетового излучения, чем на проксиме b и других ближайших экзопланетах. Четыре миллиарда лет назад планета представляла собой хаотичный, облученный, горячий беспорядок. И тем не менее жизнь каким-то образом продержалась, а затем распространилась.
Согласно Калтенеггер и О’Мэлли-Джеймсу, то же может происходить прямо сейчас на некоторых из ближайших экзопланет. Исследователи смоделировали ультрафиолетовые среды четырех потенциально обитаемых, ближайших к Земле экзопланет: Проксима b, TRAPPIST-1e, Ross-128b и LHS-1140b.
Эти планеты вращаются вокруг маленьких красных карликов, которые, в отличие от Солнца, часто вспыхивают, омывая свои планеты высокоэнергетическим ультрафиолетовым излучением. Хотя точно не известно, какие условия преобладают на поверхностях планет, вращающихся вокруг этих звезд, мы знаем, что такие вспышки биологически губительны и могут привести к эрозии планетных атмосфер. Из-за высоких уровней излучения биологические молекулы вроде нуклеиновых кислот мутируют или даже прекращают вступать в реакции.
О’Мэлли-Джеймс и Калтенеггер смоделировали разные атмосферные составы — от похожих на современную земную атмосферу до «эродированных» и «бескислородных» атмосфер. Модели показывают, что с истончением атмосфер и уменьшением уровней озона поверхность планеты достигает большего ультрафиолетового излучения. Исследователи сравнили эти модели с историей Земли от примерно четырех миллиардов лет назад до сегодня.
Несмотря на то что смоделированные планеты получают больше ультрафиолетового излучения, чем испускает Солнце, его уровни все равно значительно меньше, чем те, что Земля получала 3,9 миллиарда лет назад.
«Учитывая то, что ранняя Земля была обитаема, мы показываем, что ультрафиолетовое излучение не должно быть ограничивающим фактором для обитаемости планет, вращающихся вокруг звезд типа М, — пишут исследователи. — Ближайшие к нам миры остаются интригующими целями для поиска жизни за пределами Солнечной системы».
Здесь также возникает противоположный вопрос относительно планет, вращающихся вокруг неактивных звезд типа М, поток излучения от которых довольно низкий: нуждается ли эволюция жизни в высоких уровнях радиации ранней Земли?
Чтобы оценить потенциальную обитаемость миров с различным объемом получаемого излучения, ученые рассмотрели уровни смертности бактерии Deinococcus radiodurans при разных длинах ультрафиолетового излучения.
Не все длины волн ультрафиолетового излучения одинаково губительны для биологических молекул. Например, исследователи пишут, что дозе ультрафиолетового излучения на 360 нанометрах надо быть на три порядка выше, чем дозе излучения на 260 нанометрах, чтобы спровоцировать тот же уровень смертности в популяции этой бактерии.
Множество организмов на Земле используют разные стратегии выживания, чтобы справиться с высокими уровнями излучения: например, защитные пигменты, биофлуоресценция и жизнь под почвой, водой или камнем. Это же могут делать и организмы на других мирах, отмечают ученые. Подповерхностную жизнь на далеких планетах обнаружить будет сложнее без наличия атмосферных биосигнатур, которые могут зарегистрировать телескопы.
«История жизни на Земле предоставляет нам богатую информацию о том, как биология может преодолеть препятствия из окружающего мира, которые мы можем посчитать враждебными», — говорит О’Мэлли-Джеймс.
«Наше исследование демонстрирует, что ближайшие к нам миры — удивительные цели для исследований при поиске жизни на других планетах», — заключила Калтенеггер.