Классическая «зона Златовласки» давно стала привычным ориентиром для астрономов — расстояние от звезды, на котором вода на поверхности планеты может существовать в жидком виде. Однако новое исследование в журнале Nature Astronomy переворачивает этот подход. Оказывается, одного правильного расстояния недостаточно: даже находясь в «золотом сечении» по температуре, планета может оказаться непригодной для жизни из-за химии.
От воды к элементам
Почему это так важно? Исследователи под руководством Крейга Уолтона (Кембриджский университет / ETH Zurich) подчёркивают, что вода — лишь физическое условие, тогда как биологические процессы требуют специфического химического набора, доступность которого на поверхности планеты не гарантирована. Фосфор (P) — критический компонент ДНК, РНК и АТФ, «энергетической валюты» клеток. Азот (N) — основа аминокислот и белков, строительных блоков любой живой клетки. Без этих двух элементов жизнь в том виде, в каком мы её знаем, просто невозможна.
Механика распределения: роль кислорода
Ключевой фактор в этой химической «алхимии» — кислород, но не в атмосфере, а в недрах планеты на стадии её формирования. В это время планета покрыта глобальным океаном магмы, и распределение элементов между будущим ядром и мантией зависит от окислительных условий (доступности кислорода)..
Моделирование показало, что это ситуация «тяни-толкай», как характеризует её ведущий автор исследования:
- если кислорода мало, фосфор связывается с железом и уходит в ядро, становясь недоступным для будущей биосферы;
- если кислорода много, азот может улетучиться в космос.
При этом, только мантия и кора планеты (через извержения вулканов) могут служить долговременным источником элементов для жизни.
Земля: уникальное «химическое везение»
Существует очень узкий диапазон так называемых промежуточных окислительных условий, при которых и фосфор, и азот остаются в расплавленной мантии планеты в количествах, достаточных для последующего зарождения жизни. Этот диапазон химической активности кислорода и есть «химическая зона Златовласки» — золотая середина, где ни один из ключевых элементов не теряется безвозвратно.
Наша Земля миллиарды лет назад оказалась именно в этой зоне. Согласно компьютерным моделям, во время формирования ядра уровень кислорода в земных недрах был ни слишком низким, ни слишком высоким. Если бы кислорода оказалось чуть меньше, фосфор связался бы с железом и утонул в ядре, навсегда став недоступным для биосферы. Если бы кислорода было чуть больше, азот улетучился бы из мантии в космос — и на планете не осталось бы достаточно этого элемента для строительства белков и аминокислот. Только при точном балансе оба жизненно важных элемента сохранились в доступной форме. По словам исследователей, это химическое везение — одна из причин, почему жизнь на Земле вообще смогла возникнуть, в то время как подавляющее большинство планет, по всей видимости, такой возможности лишены.
Марс и тысячи других миров: «неправильная химия»
Исследователи также смоделировали формирование Марса и обнаружили, что уровень кислорода на нём вышел за пределы «зоны Златовласки». В мантии Марса оказалось больше фосфора, чем на Земле, но значительно меньше азота, что создаёт сложные условия для возникновения жизни.
Чтобы проверить свою теорию в глобальном масштабе, учёные смоделировали процесс формирования ядра для десятков тысяч гипотетических экзопланет. Результат оказался поразительным: менее чем у 10% из них в мантии оказалось достаточное количество обоих элементов, сравнимое с земным. Это означает, что более 90% планет во Вселенной могут иметь недостаток фосфора или азота, а значит, обитаемые миры встречаются гораздо реже, чем считалось.
Итоги: что это меняет в поиске жизни?
Это открытие кардинально меняет подход к поиску жизни во Вселенной. Астрономам теперь придётся учитывать не только наличие воды, но и химию самих планет. А для её оценки, возможно, изучать химический состав их родительских звёзд.
Таким образом, наличие воды — необходимое, но не единственное условие. Нужен ещё и правильный химический состав, и эта комбинация встречается во Вселенной гораздо реже, а Земля оказывается не просто «золушкой», а по-настоящему уникальным химическим сокровищем во Вселенной.