Ученые Франции выяснили, что слабые звезды эффективнее создают защитный озоновый слой, что ускоряет развитие земной формы жизни. Расчеты, проведенные на примере экзопланеты TRAPPIST-1 e, расположенной примерно в сорока световых годах от нас, показывают, что кислород в атмосфере такой планеты появляется почти на миллиард лет раньше, чем на Земле.
Главным условием возникновения известных нам сложных организмов стала Великая кислородная революция — появление свободного кислорода в воздухе. Без этого многоклеточным существам не удалось бы превзойти одноклеточных, следовательно, сложные формы жизни не появились бы вовсе.
Недавно астрономы предположили, что фотосинтетическое активное излучение красных карликов крайне низкое, поэтому кислород в их атмосферах будет доминировать гораздо позднее, чем на планетах вроде нашей, вращающихся вокруг желтых карликов.
Мы тогда подчеркнули, что подобные выводы вызывают сомнения, ведь скорость фотосинтеза на Земле ограничена не количеством света, а иными факторами.
Авторы свежей публикации, размещенной на сайте препринтов Корнельского университета, рассмотрели проблему появления кислорода с иной точки зрения. Вопрос, интересующий исследователей, звучал так: какое вещество сильнее всего поглощало кислород, производимый первичными фотосинтезаторами?
Напомним, что первые фотосинтезирующие организмы возникли минимум 3,5 млрд лет назад, то есть задолго до Великой кислородной революции, произошедшей около 2,4 млрд лет назад. Значит, миллиарды лет нечто интенсивно связывало вырабатываемый кислород.
Наиболее вероятный механизм такого процесса на молодой Земле — взаимодействие кислорода с метаном, которое эффективно протекает благодаря перекиси водорода, играющей роль катализатора. Но эта химическая реакция требует большого количества ультрафиолетового излучения, проникающего глубоко в атмосферу.
Красные карлики, в отличие от Солнца, испускают значительно больше ультрафиолета, включая волны длиной менее 200 нм. Эти лучи особенно сильно расщепляют обычный кислород O₂, способствуя образованию озона O₃.
Согласно новым исследованиям, благодаря такому спектру излучения, планета размером с Землю, расположенная поблизости от красного карлика, получит озоновый слой в стратосфере значительно быстрее, чем наша родная планета.
Компьютерное моделирование подтвердило этот вывод как для случая TRAPPIST-1 e, находящейся на расстоянии 41 светового года от нас, так и для множества других планет, обращающихся вокруг красных карликов. Практически все они производят существенно большее количество ультрафиолетового излучения, нежели желтые или оранжевые звезды.
Следовательно, перекись водорода, возникающая в древних слоях земной атмосферы, должна появляться там в минимальных объемах. Причина проста: озоновый экран задерживает значительную долю ультрафиолета, препятствуя проникновению коротковолновых лучей в нижние слои атмосферы.
Для планеты TRAPPIST-1 e это означает резкое снижение скорости взаимодействия кислорода с метаном, что позволяет говорить о смещении сроков наступления Великой кислородной революции примерно на миллиард лет вперед относительно нашей Земли.
Получается, если здесь второй переломный этап эволюции (достижение концентрации кислорода в десять процентов от современной нормы) произошел спустя четыре миллиарда лет после формирования планеты (это эпоха Кембрийского взрыва), то на планете у красного карлика аналогичное событие произошло бы уже через три миллиарда лет.
Любопытно отметить, что звезда TRAPPIST-1 имеет возраст порядка 7,6 миллиардов лет. Исходя из предложенных расчетов, ее Кембрийский взрыв должен был начаться приблизительно 4,6 миллиарда лет назад, фактически одновременно с образованием нашей собственной планеты. И такая ситуация характерна для многих красных карликов вблизи Солнечной системы.
Проблема обитаемости планет, расположенных близко к красному карлику, остается одной из ключевых в астробиологии. Примерно три четверти всех звезд Вселенной составляют именно красные карлики, причем срок их существования на главной последовательности превышает солнечный примерно в сто раз.
Поэтому, если жизнь там возможна, именно такие объекты являются основными источниками освещения большинства гипотетических обитателей космоса. Напротив, миры наподобие Земли, сформировавшиеся возле более крупных и ярких светил, окажутся редким исключением.