Життя на Землі могло зародитися не в теплому океані, а в умовах загалом холодної планети з відносно м’яким кліматом в екваторіальній зоні. Таку картину пропонує астрофізик Володимир Айрапетян (Vladimir Airapetian) з Центру космічних польотів Ґоддарда NASA, про якого розповідає Universe Today.
На його думку, життя виникло відразу, щойно на ранній Землі з’явилися енергія та поживні речовини, здатні перетворювати прості молекули на складні органічні сполуки. Але для цього потрібно пояснити дві великі загадки: як прості молекули ускладнилися та як планета з дуже слабким молодим Сонцем зберегла рідку воду.
Парадокс слабкого молодого Сонця і крижана планета
Понад 4 мільярди років тому наше Сонце випромінювало на 25–27 % менше енергії, ніж сьогодні. За такими розрахунками Земля мала б бути повністю замерзлою кулею. Однак геологічні дані свідчать, що рідка вода на поверхні все ж існувала.
Айрапетян припускає, що тоді планета була вкрита льодом майже повністю, за винятком екваторіального поясу, де могли існувати відкриті водойми. Саме там, у невеликих озерах і ставках, могли розгортатися перші пре біотичні реакції.
Та залишається питання: звідки взялася енергія, здатна «розламати» інертні молекули азоту (N₂) і вуглекислого газу (CO₂), щоб побудувати з їхніх уламків складні органічні сполуки?
Суперспалахи молодого Сонця як хімічний двигун
За версією Айрапетяна, ключову роль могли відіграти потужні сонячні спалахи. Молоді зорі часто переживають суперспалахи, супроводжувані викидами мільярдів тонн корональної маси. Ці викиди рухаються зі швидкістю у кілька тисяч миль за секунду, створюючи ударні хвилі й потоки високоенергетичних протонів.
Такі протони, досягаючи верхніх шарів атмосфери ранньої Землі, стикалися з молекулами N₂ і CO₂ та розщеплювали їх. Утворені атоми й радикали могли вступати в нові реакції, запускаючи ланцюги пре біотичної хімії, необхідної для формування складних органічних молекул.
Чому не вистачає одного лише вуглекислого газу
Друга загадка стосується того ж парадоксу слабкого Сонця. Щоб достатньо зігріти молоду Землю, в атмосфері мало б бути дуже багато CO₂. Але це створює іншу проблему: невеликі водойми, які вважаються ймовірними «колисками» життя, стали б надто кислими.
За словами Айрапетяна, у сильно кислих умовах пре біотичній хімії важко розвиватися до складних форм. Моделі його команди показують, що додавання до атмосфери закису азоту (N₂O), а не лише CO₂, може змінити ситуацію.
У розрахунках дослідники використали атмосферу з приблизно десятивідсотковим вмістом експериментально отриманого N₂O. За таких умов екваторіальний пояс Землі міг прогрітися до 2–3 °C. Це означає «холодний старт» життя: глобально крижана планета з відносно м’яким кліматом у вузькій смузі навколо екватора.
Такий сценарій мав би ще одну перевагу: він перешкоджав би випаровуванню органічних молекул, зокрема синильної кислоти (HCN), з невеликих озер, водночас сприяючи подальшому ускладненню хімії.
Чому важлива лужність і роль бору
Якщо ж CO₂ в атмосфері надто багато, він активно розчиняється у водоймах, роблячи їх дуже кислими. Айрапетян наголошує, що для зародження життя потрібні радше лужні, а не кислі умови.
Прикладом є бор: цей елемент важливий для стабілізації рибози — цукру, який входить до складу рибонуклеїнової кислоти (РНК). Без рибози неможливо отримати стійкі інформаційні молекули РНК і ДНК. Тож надмірна кислотність ставить під загрозу саму основу майбутньої генетичної системи.
Чи можна розв’язати загадку остаточно
Айрапетян визнає, що ми, можливо, ніколи точно не дізнаємося, як і коли саме зародилося життя на Землі. Однак у найближчі десятиліття астробіологи отримають у своє розпорядження нові наземні та космічні телескопи, які дозволять шукати сліди пре біотичної хімії на кам’янистих планетах біля зірок, подібних до Сонця.
На ранніх етапах, за його словами, пре біотична хімія на різних планетах має бути дуже схожою. Лише згодом, у міру ускладнення, еволюційні шляхи життя можуть різко розійтися, і передбачити їх наперед неможливо.
Чому червоні карлики — погані сусіди для життя
Натомість щодо планет біля червоних карликів (зорі типу M), які є найпоширенішими в Галактиці, Айрапетян налаштований значно песимістичніше. Щоб бути придатною для життя, кам’яниста планета має обертатися дуже близько до такої зорі, а це робить її атмосферу вразливою.
Червоні карлики зазвичай дуже активні: їхні часті суперспалахи здатні неодноразово руйнувати атмосферу планети й знищувати будь-яке зароджуване чи вже існуюче життя. Тому шанси знайти стабільно придатний для життя світ біля таких зірок можуть бути невисокими.
Що шукати на далеких екзопланетах
Сам Айрапетян зізнається, що його не менше, ніж безпосередні ознаки життя, цікавлять пре біотичні сигнатури — хімічні сліди, які вказують на готовність планети до зародження життя.
Одним із головних кандидатів він вважає закис азоту. Дослідник пропонує в першу чергу шукати в спектрах атмосфер кам’янистих екзопланет саме лінії N₂O. Їхня наявність означала б, що в атмосфері є атомарний азот, здатний зв’язуватися з іншими елементами й утворювати складні молекули.
Підсумовуючи, Айрапетян стверджує: для пре біотичної хімії потрібна атмосфера, багата на азот і вуглекислий газ, але збалансована так, щоб не перетворити водойми на кислотні пастки. Саме тому пошук спектральних слідів закису азоту на далеких світах може стати ключем до розуміння того, де у Всесвіті можливий власний «холодний старт» життя.