Около 2,4 млрд лет назад на Земле произошло Событие великого окисления — момент, когда в атмосфере впервые накопилось заметное количество кислорода. Это стало переломной точкой в истории планеты: без кислорода невозможно развитие сложной, «дышащей» жизни. Однако между появлением кислородного фотосинтеза и ростом кислорода прошли сотни миллионов лет. Значит, для насыщения атмосферы O₂ нужны особые условия.
Экзопланеты и пример TRAPPIST‑1e
Авторы работы исследовали, как подобный процесс может происходить на экзопланетах, вращающихся вокруг красных карликов — самых распространённых звёзд в Галактике. В качестве примера была выбрана TRAPPIST‑1e — землеподобная планета в обитаемой зоне своей звезды. Она получает иное ультрафиолетовое излучение, чем Земля, а именно УФ‑свет играет ключевую роль в химии атмосферы.
С помощью связанной фотохимико‑климатической модели учёные смоделировали эволюцию атмосферы TRAPPIST‑1e, предполагая земной тип биосферы, но иные условия облучения. Основной вопрос был простым: легче или сложнее такой планете перейти от бескислородной атмосферы к кислородной.
Озон как скрытый ускоритель
Результаты показали неожиданную вещь. На TRAPPIST‑1e озоновый слой формируется при гораздо меньших концентрациях кислорода, чем на Земле. Причина — спектр излучения красного карлика, который способствует образованию озона даже при слабом содержании O₂.
Озон экранирует ультрафиолет и резко снижает скорость окисления метана — главного процесса, «уничтожающего» атмосферный кислород. В результате включается положительная обратная связь: меньше разрушается O₂ — быстрее растёт его концентрация — образуется ещё больше озона. Именно этот механизм запускает Событие великого окисления.
Кислород раньше на миллиард лет
По расчётам авторов, при тех же биологических потоках кислорода, что и на ранней Земле, TRAPPIST‑1e могла бы пережить своё великое окисление до 1 млрд лет раньше. Более того, уровень кислорода, достаточный для кислородного дыхания, достигается почти сразу после этого события. Это означает, что условия для появления сложной жизни на таких планетах могут возникать значительно быстрее.
Возможен ли кислород без жизни
Интересно, что на TRAPPIST‑1e окисление атмосферы может запуститься даже без биологии. Потеря водорода из атмосферы в ранний период жизни планеты способна создавать поток кислорода, недостаточный для Земли, но достаточный для экзопланеты у красного карлика. Это усложняет интерпретацию кислорода как однозначного признака жизни.
Шанс увидеть озон с помощью JWST
Повышенное содержание озона делает такие атмосферы удобными целями для наблюдений. Моделирование показало, что телескоп James Webb способен обнаружить озон в атмосфере TRAPPIST‑1e значительно быстрее, чем считалось ранее — не за сотни, а за несколько десятков транзитов. Причём появляется новая, более удобная для наблюдений спектральная особенность озона в ближнем инфракрасном диапазоне.
Что это значит для поиска жизни
Работа показывает, что планеты у красных карликов не обязательно являются «плохими кандидатами» для сложной жизни. Напротив, с точки зрения химии атмосферы они могут окисляться быстрее Земли. Однако остаётся открытым вопрос: насколько эффективно работает фотосинтез при таком типе звёзд и как на жизнь влияют вспышки и активность красных карликов.
Исследование подчёркивает: кислородные миры в обитаемых зонах М‑звёзд могут быть не редкостью — и мы, возможно, сможем обнаружить их уже в ближайшие годы.
Источник:
Статья создана на основе работы опубликованной на arXiv.org
