Астрономы ранее считали, что планеты у оранжевых карликов могут быть «суперобитаемыми», то есть подходящими для жизни больше Земли, основываясь на теоретических расчетах климата. Новая работа экспериментально подтвердила еще одно неожиданное преимущество звезд этого типа перед Солнцем.
Звезды спектрального класса К массой от 0,45 до 0,8 солнечных и с температурой поверхности от 3900 до 5200 кельвинов принято называть оранжевыми карликами. альфа Центавра BИз-за меньшей светимости термоядерные реакции в них протекают дольше: стабильно светят 15-30 миллиардов лет после рождения, в то время как для Солнца этот период не более 10 миллиардов лет. Большее время жизни означает большую потенциальную длительность эволюции на планетах вокруг оранжевых светил.
Астрономы рассчитали, что климат на планетах оранжевых карликов намного стабильнее земного. На Земле были периоды, когда вся суша, в том числе экватор, покрывалась толстым слоем льда, а для обитаемых планет у звезд класса К это исключено. В излучении этих звезд меньше видимого света и больше инфракрасного, который плохо отражается льдом.
Земные ледовые шапки эффективно охлаждают планету, отражая солнечное излучение в космос. Из-за этого возможен быстрый рост оледенений при случайных изменениях, таких как астероидная или вулканическая зима. В системах оранжевых карликов охлаждение от ледовых шапок намного слабее, поэтому обратной связи «больше льдов — холоднее климат — еще больше льдов» не возникает.
Авторы новой работы, с текстомАвторы работы, доступной на сервере препринтов Корнеллского университета, решили подтвердить вычислительные модели опытами. Lepidium sativum) и распространенный вид цианобактерий (ChroococcidiopsisРастения культивировали в лабораторных условиях, разделив на три группы: первую подвергали облучению лампами с солнечным спектром (эффективная температура 5800 кельвинов), вторую — лампами, имитирующими свет оранжевого карлика (4300 кельвинов), третью — выращивали в полной темноте.
Кресс-салат при свете оранжевой звезды растёт несколько быстрее, чем под солнцем. Накопление сухой массы идёт медленнее, зато «мокрая» масса живого растения растёт быстрее, чем под стандартным земным освещением. Эффективность фотосинтеза кресс-салата под оранжевым светом оказалась чуть выше, чем под солнечным.
Большая часть истории жизни на Земле проходила без высших растений: фотосинтез осуществляли в основном цианобактерии в течение не менее 3,5 миллиардов лет. Современные сухопутные растения появились лишь за последние полмиллиарда лет. В связи с этим ученые включили в свой эксперимент именно цианобактерии.
За 13 дней выяснилось, что для цианобактерий оранжевый свет более предпочтителен, чем для кресс-салата: под ним бактерии размножаются быстрее и демонстрируют значительно более высокую эффективность фотосинтеза.
Эксперимент давал растениям и цианобактериям равномерное облучение, характерное для засушливого сезона в низких широтах. В остальных условиях, особенно в умеренных широтах, фотосинтезирующие организмы получают излучение от звезды неравномерно: облака могут резко уменьшить количество света на несколько порядков величины, а при их прохождении поток излучения восстанавливается. Утром и вечером в высоких широтах растения получают кратно меньше излучения, чем днем.
Воссоздать подобные колебания в лабораторных условиях очень сложно, а на 13-дневном эксперименте практически невозможно. Тем не менее опыт показывает главное: свет от звезды оранжевого спектра, вероятно, подходит для фотосинтезирующих организмов лучше солнечного света, особенно простейших.
Это важно, так как в Вселенной звезд класса К много больше, чем оранжевых карликов (второй по частоте тип звезд после красных). Новый эксперимент стал первым, демонстрирующим, что условия для фотосинтезирующей жизни там ничем не уступают земным и, скорее всего, даже лучше. Это особенно неожиданно, ведь до эксперимента земные растения и цианобактерии никогда не сталкивались с таким излучением.