Дышащие водородом инопланетяне: исследование предлагает новый подход к поиску внеземной жизни
Мы можем исследовать атмосферу экзопланеты, когда она проходит перед своей звездой. Когда происходит такой переход, свет звезды должен пройти через атмосферу планеты, чтобы добраться до нас, и часть его поглощается по мере движения. Глядя на спектр звезды – ее свет распадается в зависимости от длины волны – и выясняя, чего не хватает свету из-за транзита, можно узнать, из каких газов состоит атмосфера. Документирование атмосфер экзопланет является одной из целей космического телескопа Джеймса Уэбба с большим запозданием.
Если бы мы нашли атмосферу, в которой химическая смесь отличается от той, которую мы ожидали бы, одним из самых простых объяснений было бы то, что она поддерживается живыми процессами. Это случай на Земле. Атмосфера нашей планеты содержит метан (CH₄), который естественным образом реагирует с кислородом с образованием углекислого газа. Но метан пополняется биологическими процессами. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что кислорода вообще не было бы там, если бы он не был освобожден от углекислого газа фотосинтетическими микробами во время так называемого большого оксигенационного события, которое началось около 2,4 миллиарда лет назад.
Вне кислородных атмосфер
Авторы нового исследования утверждают, что мы должны начать исследовать миры, большие, чем Земля, в атмосфере которых преобладает водород. В них может не быть свободного кислорода, потому что водород и кислород образуют легковоспламеняющуюся смесь.
Водород является самой легкой из всех молекул и легко уходит в космос. Чтобы скалистая планета обладала достаточно сильной гравитацией, чтобы удерживаться в атмосфере водорода, она должна быть «супер-Землей», масса которой примерно в два-десять раз превышает массу Земли. Водород мог быть либо уловлен непосредственно из газового облака, где росла планета, либо позже был выпущен в результате химической реакции между железом и водой.
Плотность атмосферы, в которой преобладает водород, уменьшается примерно в 14 раз медленнее, чем выше вы поднимаетесь, чем в атмосфере, в которой преобладает азот, такой как Земля. Это делает в 14 раз большую оболочку атмосферы, окружающей планету, что позволяет легко обнаружить данные спектров. Большие размеры также повысили бы наши шансы наблюдения такой атмосферы с помощью прямой визуализации оптического телескопа.
Водородное дыхание в лаборатории
Авторы провели лабораторные эксперименты, в которых они продемонстрировали, что бактерия E.coli (миллиарды из которых живут в вашем кишечнике) может выживать и размножаться в атмосфере водорода при полном отсутствии какого-либо кислорода. Они продемонстрировали то же самое для различных дрожжей.
Хотя это интересно, это не добавляет большого веса к аргументу, что жизнь может процветать в атмосфере водорода. Мы уже знаем о многих микробах в земной коре, которые выживают путем метаболизма водорода, и существует даже многоклеточный организм, который проводит всю свою жизнь в бескислородной зоне на дне Средиземного моря.
Атмосфера Земли, которая началась без кислорода, вряд ли когда-либо содержала более 1% водорода. Но ранняя жизнь, возможно, должна была метаболизироваться путем реакции водорода с углеродом с образованием метана, а не путем реакции кислорода с углеродом с образованием диоксида углерода, как это делают люди.
Биосигнатурные газы
Исследование действительно сделало важное открытие все же. Исследователи продемонстрировали, что существует «удивительное разнообразие» десятков газов, вырабатываемых продуктами в кишечной палочке, живущих под водородом. Многие из них, такие как диметилсульфид, карбонилсульфид и изопрен, могут быть обнаруживаемыми «биосигнатурами» в атмосфере водорода. Это повышает наши шансы распознать признаки жизни на экзопланете – вы должны знать, что искать.
Тем не менее, метаболические процессы, которые используют водород, менее эффективны, чем те, которые используют кислород. Однако жизнь с водородным дыханием уже является устоявшейся концепцией для астробиологов. Чувствительные водородные бризеры даже появлялись в какой-то рациональной научной фантастике, например в романах Дэвида Брина «Вознесение».
Авторы нового исследования также указывают, что молекулярный водород в достаточной концентрации может выступать в качестве парникового газа. Это может сохранить поверхность планеты достаточно теплой для жидкой воды, и, следовательно, жизнь на поверхности, дальше от ее звезды, чем было бы в противном случае.
Авторы уклоняются от рассмотрения возможности найти жизнь на гигантских газовых планетах, таких как Юпитер. Тем не менее, расширив пул обитаемых миров, включив суперземли с богатыми водородом атмосферами, они потенциально удвоили число тел, которые мы могли бы исследовать, чтобы найти эти первые неуловимые признаки внеземной жизни.
#Внеземная жизнь #Водород #Инопланетяне #Исследования #Кислород #Экзопланета
Обсудим?
Смотрите также:
