Почему простой наклон оси планеты может быть ключом к наличию на ней жизни
Существование жизни зависит от множества факторов, и недавно ученым удалось доказать, что осевой наклон планеты является одним из важнейших
Согласно новому исследованию, умеренный наклон оси, как у Земли, помогает увеличить производство кислорода, который жизненно важен для жизни, какой мы ее знаем. Планеты со слишком маленькими или слишком большими наклонами могут попросту быть не в состоянии производить достаточно кислорода для процветания сложных форм жизни.
«Суть в том, что миры, которые слегка наклонены относительно своих осей, в теории имеют больше шансом стать колыбелью для сложных форм жизни», — заявила планетолог Стефани Олсон из Университета Пердью. «Это помогает нам сузить поиск сложной и, возможно, даже разумной жизни во Вселенной».
Поскольку на данный момент Земля — единственная планета во Вселенной, на которой мы можем наблюдать невероятное разнообразие форм жизни, именно ее условия служат отправной точной для большинства поисков. Когда ученые ищут обитаемые миры, то первым делом обращают внимание на форму и размер объекта. Является ли данная экзопланета относительно маленькой и каменистой, как Земля? И вращается ли она вокруг звезды на расстоянии, называемом обитаемой зоной или «областью Златовласки»? Это важно, потому что на планете должно быть не слишком жарко и не слишком холодно, а среднесуточные температуры допускают существование воды в жидкой форме.
Эти вопросы и методики хороши, но факторов, способствующих возникновению жизни, на самом деле намного больше и они куда сложнее.
Например, наличие магнитного поля считается едва ли не важнейшим из них, поскольку оно защищает атмосферу планеты от звездных ветров. Эксцентриситет орбиты планеты и то, какие другие планеты присутствуют в системе, также могут быть ключевыми факторами для зарождения и поддержания белковых форм жизни.
Олсон и ее команда проделали большую работу, изучив наличие и выработку кислорода при различных условиях; в частности, ученых интересовали те, которые могут повлиять на количество кислорода, производимого фотосинтетиками.
Большинству организмов (хотя и не всем) на Земле требуется кислород — без него мы не выживем. И все же, когда наш мир был еще молод, на нем присутствовало слишком мало этого газа. Наша атмосфера стала обогащенной кислородом только около 2,4–2 миллиардов лет назад, в период, известный как Великое окисление. Он, скорее всего, стал результатом массового распространения цианобактерий, которые вырабатывали огромное количество кислорода в качестве отходов метаболизма, что в дальнейшем способствовало развитию многоклеточной жизни.
С помощью моделирования исследователи попытались понять, как же на планете сформировались условия, при которых крошечные фотосинтезирующие организмы внезапно стали столь многочисленны, что буквально насытили кислородом всю Землю. «Наша модель позволяет нам изменять такие факторы, как продолжительность дня, количество атмосферы или распределение суши на планете, что позволит увидеть, как взаимодействуют морская среда и производящая кислород жизнь в океанах», — пояснила Олсон.
В результате модель показала, что несколько факторов могли повлиять на круговорот питательных веществ в океанах, способствуя появлению таких организмов, как цианобактерии.
Во-первых, со временем вращение Земли замедлилось, дни на ней стали длиннее, а континенты окончательно сформировались и начали миграцию. Исследователи обнаружили, что каждое из этих изменений могло так или иначе увеличить содержание кислорода.
Затем они учли осевой наклон. Ось Земли не совсем перпендикулярна плоскости ее орбиты вокруг Солнца; планета наклонена под углом 23,5 градуса к перпендикуляру — представьте глобус на рабочем столе.
Этот наклон является причиной того, что у нас есть сезоны — наклон от или к Солнцу влияет на сезонные изменения температуры. В свою очередь, они также влияют на океаны, вызывая конвективное перемешивание уровней воды и течения, от чего напрямую зависит доступность питательных веществ.
Так что, возможно, неудивительно, что наклон оси существенно повлиял на производство кислорода — по крайней мере, ученые выдвигают такое предположение. «Большой наклон увеличивает фотосинтетическое производство кислорода в океане в нашей модели, отчасти за счет повышения эффективности повторного использования биологических ингредиентов», — объяснила планетолог Меган Барнетт из Чикагского университета. Она отметила, что эффект эквивалентен удвоению количества питательных веществ, поддерживающих жизнь бактерий.
Но у влияния наклона есть некий предел. Уран, например, наклонен на 98 градусов от перпендикуляра. Такой экстремальный наклон может привести к сезонности, которая может быть слишком интенсивной для жизни. Небольшой наклон также может не дать достаточной сезонности для обеспечения нужного уровня доступности питательных веществ. Это говорит о том, что может быть зона Златовласки и для осевого наклона находится как раз в промежутке между двумя крайностями.
Почему это так важно? Что ж, наклон оси — это еще один параметр, который мы можем использовать, чтобы сузить круг потенциально обитаемых планет. С учетом того, что уже на данный момент людям известны десятки тысяч других миров, тщательная сортировка облегчает труды ученых и экономит их время.
