Атмосферные сезонные колебания могут сигнализировать о наличии жизни

Май 10, 2018 Леонид Гляделов

Новости космоса:
Десятки потенциально пригодных для жизни планет были обнаружены за пределами нашей солнечной системы, и многие другие ожидают обнаружения.

Охота на жизнь в этих местах, которую невозможно лично посетить, начнется с поиска биологических продуктов в их атмосферах. Эти атмосферные отпечатки жизни, называемые биосигналами, будут обнаружены с помощью телескопов следующего поколения, которые измеряют состав газов, окружающих планеты, которые находятся в световых годах.

Подробнее:

Это сложная задача, поскольку биосигналы, основанные на единичных измерениях атмосферных газов, могут вводить в заблуждение. Чтобы дополнить эти маркеры, и благодаря финансированию из Института астробиологии НАСА, ученые из Калифорнийского университета, Риверсайдский альтернативный астрономический центр Земли, разрабатывают первую количественную структуру для динамических биосигналов на основе сезонных изменений в атмосфере Земли.

Под названием «Атмосферная сезонность как биоценоза Экзопланеты» в журнале Astrophysical Journal Letters была опубликована статья, описывающая исследование. Ведущим автором является Стефани Олсон, аспирант кафедры наук о Земле UCR.

Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, его наклоненная ось означает, что различные области получают больше лучей в разное время года. Наиболее заметными признаками этого явления являются изменения погоды и продолжительности дней, но влияние атмосферного состава также оказывает влияние. Например, в северном полушарии, который содержит большую часть растительности в мире, рост растений летом приводит к значительно более низким уровням углекислого газа в атмосфере. Обратное верно для кислорода.

«Атмосферная сезонность - это многообещающая биосинграция, потому что она биологически модулируется на Земле и, вероятно, будет происходить в других обитаемых мирах», - сказал Олсон. «Вывод жизни, основанной на сезонности, не требует детального понимания чужой биохимии, поскольку он возникает как биологический ответ на сезонные изменения в окружающей среде, а не как следствие определенной биологической активности, которая может быть уникальной для Земли». Кроме того, чрезвычайно эллиптические орбиты, а не осевой наклон, могут приводить к сезонности на внесолнечных планетах или экзопланетах, расширяя диапазон возможных целей.

В статье исследователи идентифицируют возможности и подводные камни, связанные с характеристикой сезонного образования и разрушения кислорода, углекислого газа, метана и их обнаружения с использованием метода визуализации, называемого спектроскопией. Они также моделировали колебания атмосферного кислорода на жизнестойкой планете с низким содержанием кислорода, как и миллиарды лет назад. Они обнаружили , что озон (O3), который получает в атмосфере в результате реакций с участием газообразного кислорода (O 2 ) , производимая жизнью, был бы более легко измерить маркер для сезонной изменчивости кислорода , чем O 2 самих по себе на слабо окисленные планеты.

«Очень важно, чтобы мы точно моделировали эти сценарии сейчас, поэтому космические и наземные телескопы будущего могут быть спроектированы для определения наиболее перспективных биосигналов», - сказал Эдвард Швитерман, сотрудник НАСА по постдокторантуре в UCR. «В случае озона нам нужны телескопы, чтобы включить ультрафиолетовые возможности, чтобы их легко обнаружить».

Швитерман сказал, что вызов в поисках жизни - это двусмысленность данных, собранных так далеко. Ложные положительные стороны - небиологические процессы, которые маскируются как жизненные и ложные негативы - жизнь на планете, которая производит их мало или вообще не имеют биосигналов, - являются серьезными проблемами.

«И кислород, и метан - многообещающие биосигналы, но есть способы их производства без жизни», - сказал Швитерман.

Олсон сказал, что наблюдение за сезонными изменениями в кислороде или метане будет более информативным.

«Потенциально мощный способ оценить экзопланеты для проживания - это наблюдать за их атмосферой на всех орбитах, чтобы увидеть, можем ли мы обнаружить изменения в этих биосигнальных газах в течение года», - сказала она. «В некоторых случаях такие изменения трудно объяснить без жизни и даже могут позволить нам добиться прогресса в направлении характеристики, а не просто признания жизни на экзопланете».

Тимоти Лионс, профессор биогеохимии в Отделе наук о Земле UCR и директор Центра альтернативной астробиологии Земли, сказал, что эта работа продвигает фундаментальный подход к поиску жизни на очень далеких планетах.

«Мы особенно взволнованы перспективой характеризовать колебания кислорода на низких уровнях, которые мы ожидаем найти на ранней версии Земли», - сказал Лионс. «Сезонные вариации, выявленные озоном, были бы наиболее легко обнаруживаемыми на планете, например, Земля была миллиардами лет назад, когда большая часть жизни все еще была микроскопической».