Одним из ключевых компонентов эволюции жизни в том виде, в каком мы ее знаем, является наличие “летучих веществ”: элементов и соединений, которые легко испаряются при относительно низких температурах. Это означает, что понимание того, откуда взялись эти летучие вещества и необычайно ли богата ими Земля, имеет решающее значение для понимания того, что делает возможной жизнь — и новое исследование, опубликованное 11 октября в журнале Science Advances, предполагает, что большинство из них содержится в относительно небольшой доле материала, из которого сформировалась планета.
Планеты образуются в результате постепенной аккреции более мелких частиц вещества, называемых планетезималями. Существует две основные категории планетезималей: дифференцированные и недифференцированные. Оба они начинаются с того, что Райсса Мартинс, первый автор исследования, описывает как “большие комки пыли и другие мелкие каменистые частицы (часто неплотно склеенные)”. Недифференцированные планетезимали в основном остаются такими же; дифференцированные планетезимали, напротив, характеризуются тем, что подверглись воздействию достаточного количества тепла, чтобы расплавить все свои составные части вместе.
Это плавление вызвано радиоактивным распадом алюминия-26 (Al-26), нестабильного изотопа алюминия. При распаде Al-26 выделяет столько тепла, что, по сути, расплавляет материал вокруг него. “В этом процессе, - объясняет Мартинс, - происходит дегазация большого количества летучих веществ”. После испарения летучие вещества просто улетучиваются в космос: “[они] теряются из-за низкой гравитации этих небольших тел”.
К счастью для нас, весь Al-26 в нашей Солнечной системе распался очень рано, оставив достаточно недифференцированного материала, чтобы обеспечить Землю летучими соединениями, необходимыми для развития жизни. И как только Al-26 исчезнет, он исчезнет навсегда. Этот изотоп образуется в сердце звезд, которые израсходовали весь свой водород и стремительно приближаются к своему последнему взрывному моменту.
Это означает, что он находится в областях звездообразования, где новые звезды образуются из разрозненных остатков своих умерших предшественников, но не в относительно тихих и спокойных средах, таких как наша Солнечная система сегодня. Мартинс объясняет: “Al-26 постоянно образуется в галактике в тех областях, где формируются новые звезды и планеты, но он не обязательно постоянно попадает в одни и те же планетные системы на протяжении их жизненного цикла. Для нас было бы очень неудобно, если бы нас постоянно взрывали сверхновые”.
В ходе исследования Мартинс и ее команда исследовали источник цинка на Земле. Они обнаружили, что, хотя около 70% массы Земли образуется в результате аккреции дифференцированных планетезималей, этот дифференцированный материал обеспечивает планету только 10% цинка. Это говорит о том, что 30% планеты, которые сформировались не из дифференцированных планетезималей, являются источником подавляющего большинства летучих соединений на Земле: “Без этого материала у нас осталось бы гораздо меньше летучих веществ”.
Вопрос о том, насколько это было удачно и является ли Земля необычайно богатой летучими веществами по сравнению с аналогичными планетами в других системах, остается открытым. “Существуют и другие факторы, которые играют роль в определении того, сколько [дифференцированного и недифференцированного материала] накопится на планете, помимо времени (т.е. смешения и миграции материала между различными гелиоцентрическими расстояниями). Также до сих пор ведутся споры о том, был ли Al-26 равномерно распределен по Солнечной системе, или же он был более сконцентрирован в одних частях, а не в других.”
Точно так же, по словам Мартинса, вполне возможно, что в других солнечных системах мы могли бы найти планеты, похожие на Землю, которые теоретически могли бы поддерживать жизнь, но сформировались без необходимых для этого ингредиентов. “В исследовании подчеркивается, что существует множество критериев, которым необходимо соответствовать, чтобы сформировать пригодные для жизни планеты. Когда мы ищем жизнь, мы обычно ищем планеты, которые находятся в так называемой зоне златовласки, потому что они, скорее всего, были способны поддерживать жидкую воду на поверхности. Но это предполагает, что изначально на планете была вода и другие летучие вещества, тогда как на самом деле планета может быть довольно сухой с самого начала. Наше исследование на самом деле не говорит нам о вероятности такого сценария, но это, по крайней мере, возможно”.