Согласно последним исследованиям французских ученых, тусклые звезды демонстрируют более высокую скорость формирования озонового слоя, что потенциально может значительно ускорить эволюцию жизни, схожей с земной. Моделирование, проведенное на примере экзопланеты TRAPPIST-1 e, расположенной на расстоянии 40 световых лет от Земли, указывает на возможность появления кислорода в ее атмосфере на миллиард лет раньше, чем это произошло на нашей планете.
Основополагающим этапом, необходимым для формирования сложной жизни на Земле, стало Великое кислородное событие, ознаменовавшее появление в атмосфере свободного кислорода. Благодаря этому многоклеточные организмы смогли получить преимущество над одноклеточными, что послужило условием для развития сложных форм жизни.
Не так давно одна группа астрономов попыталась показать, что количество фотосинтетически активного излучения у красных карликов очень мало — настолько, что кислород в их атмосфере либо вообще не начнет доминировать, либо сделает это много позже, чем на планете нашего типа, около желтого карлика. Тогда мы отмечали, в связи с этим возникли сомнения в достоверности расчетов, так как фотосинтез на Земле не зависит от количества света, а определяется другими факторами.
Авторы новой работы, которую они выложили на сервере препринтов Корнеллского университета, подошли к теме кислородного события на таких экзопланетах с другой стороны. Они поставили вопрос: что было основным поглотителем кислорода, нарабатывавшегося первыми фотосинтетиками? Напомним, что фотосинтез на планете, по современным представлениям, начался минимум 3,5 миллиарда лет назад, то есть еще миллиард лет с лишним до Великого кислородного события (2,4 миллиарда лет назад) что-то активно поглощало нарабатывавшийся кислород.
По мнению ученых, наиболее вероятным механизмом поглощения кислорода на ранней Земле является его взаимодействие с метаном. Этот процесс требует наличия перекиси водорода, которая выступает в роли источника катализатора (радикалов OH). При этом, образование перекиси возможно из водяного пара только при достаточном количестве ультрафиолетового излучения, проникающего в нижние слои атмосферы.
По сравнению с Солнцем, красные карлики испускают значительно большую долю своей энергии в ультрафиолетовом диапазоне, включая волны с длиной менее 200 нанометров. Они наиболее эффективно расщепляют обычные молекулы кислорода и стимулируют образование озона. Согласно проведенным расчетам, из-за этих особенностей излучения планета, схожая по размерам и температуре с Землей, но вращающаяся вблизи красного карлика, должна формировать озоновый слой в стратосфере гораздо быстрее, чем это произошло на Земле.
Согласно проведенному моделированию, аналогичная ситуация может сложиться как на планете TRAPPIST-1 e, расположенной в 41 световом годе от Земли, так и на других экзопланетах, вращающихся вокруг красных карликов. Это объясняется тем, что такие звезды, как правило, испускают значительно больший процент ультрафиолетового излучения по сравнению с желтыми или оранжевыми звездами.
Следовательно, образование перекиси водорода в тропосфере древней Земли, если и происходило, то в очень малых объемах. Это объясняется наличием озона в стратосфере, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения с короткой длиной волны, не допуская его проникновения в тропосферу.
Если рассматривать TRAPPIST-1 e, то это может существенно уменьшить поглощение кислорода в реакциях с метаном, что привело бы к наступлению Великого кислородного события на миллиард лет раньше, чем на Земле. Таким образом, если на нашей планете вторая точка Пастера (10 процентов от современного уровня кислорода в атмосфере) была достигнута через четыре миллиарда лет после формирования (в период кембрийского взрыва), то на экзопланете у красного карлика это могло бы произойти уже три миллиарда лет назад.
Возраст звезды TRAPPIST-1 составляет приблизительно 7,6 миллиарда лет, что предполагает возможность наступления кембрийского взрыва на ее планетах около 4,6 миллиарда лет назад, незадолго до формирования Земли. Подобная ситуация характерна для многих красных карликов, расположенных поблизости.
Один из ключевых вопросов в астробиологии касается возможности существования жизни на планетах, вращающихся вокруг красных карликов. Подавляющее большинство звезд во Вселенной, около трех четвертей, – это именно красные карлики, и их продолжительность жизни на главной последовательности значительно превышает продолжительность жизни Солнца (иногда в сотни раз). Если жизнь может существовать в таких системах, то именно красные карлики, вероятно, являются теми светилами, которые наблюдают большинство живых организмов во Вселенной. А планеты, подобные Земле, где жизнь возникла вокруг более ярких звезд, скорее всего, будут представлять собой редкое явление.