Индикатор жизни: Кислород – биотический и не очень
Кислород является очень активным окислителем (вторым после фтора), поэтому в естественных условиях он очень быстро вступает в реакции с другими элементами, образуя разнообразные оксиды. Примерами таких соединений могут послужить углекислый газ (диоксид углерода — CO2), вода (оксид водорода — H2O), кварц (диоксид кремния — SiO2) и многие другие распространенные вещества. Если бы c нашей планеты в одночасье исчезли фотосинтезирующие растения, очень скоро весь атмосферный кислород оказался бы связан в составе различных оксидов, прежде всего, CO2.
Кислород является своего рода побочным продуктом реакции фотосинтеза, суть которой заключается в образовании органических веществ из углекислого газа и воды — двух очень распространенных оксидов. Именно благодаря растениям содержание свободного кислорода в земной атмосфере достигает аж 21%. Выработанная ими органическая масса вновь окисляется, вступая в реакцию с избыточным кислородом, причем основным продуктом этой реакции является все тот же углекислый газ. Примерами подобных процессов могут служить лесной пожар или жизненный цикл дышащей кислородом клетки. Именно баланс между процессами фотосинтеза и постоянного окисления обуславливает то соотношение углекислого газа и кислорода, которое мы наблюдаем в атмосфере Земли.
Итак, высокое содержание кислорода в атмосфере является надежным свидетельством наличия фотосинтезирующих растений — считают ученые. Это значит, что для проверки экзосолнечных планет на наличие жизни достаточно выяснить, есть там кислород или нет.
В 2015 г. ESA планирует развернуть на орбите целую флотилию инфракрасных телескопов Darwin, которые будут обладать вполне достаточной чувствительностью для того, чтобы проводить спектральный анализ отраженного излучения экзосолнечных планет. Аналогичную миссию Terrestrial Planet Finder — разрабатывала и NASA, однако работа над проектом была приостановлена из-за нехватки средств: основные ресурсы американцы решили бросить на освоение Луны.
Как бы то ни было, перед запуском подобных аппаратов неплохо было бы выяснить, является ли кислород действительно абсолютно надежным индикатором жизни? Может ли он накапливаться в атмосфере и без фотосинтеза, в результате небиологических процессов? Если данное предположение верно, задача по достоверному обнаружению жизни вне Солнечной системы становится неизмеримо более трудной.
Учеными было озвучено два сценария, которые могут приводить к абиотическому накоплению кислорода. На планетах с крайне сильным парниковым эффектом (таких, как Венера, только еще горячее) содержащаяся в атмосфере вода может расщепляться на кислород и водород, при этом водород может выбрасываться в космос, а более тяжелый кислород — постепенно накапливаться в атмосфере. Иной расклад возможен на холодных телах марсианского типа: притяжение планеты может быть недостаточным для того, чтобы удержать газы, образующиеся в ходе вулканических извержений. Однако кислород, будет сохраняться на поверхности в замороженном виде.
Группа американских астрофизиков разработала компьютерную модель, чтобы выяснить, насколько велика вероятность ложного обнаружения жизни при поиске кислородных миров. Им удалось показать, что эти сценарии абиотического накопления кислорода могут реализоваться только в том случае, если планета расположена за пределами обитаемой зоны. Это означает, что аккуратный исследователь сможет без особенного труда отсеять всех ложных кандидатов на звание обитаемой планеты. Осталось лишь начать поиск.
Подробности о планах запуская миссии Darwin читайте в заметке «"Дарвин" в космосе».
По публикации Universe Today