В последние годы число планет вне Солнца, обнаруженных вокруг близлежащего M-типа (звезд красных карликов), значительно возросло. Во многих случаях эти подтвержденные планеты были «похожими на Землю», что означает, что они являются земными (то есть каменистыми) и сопоставимы по размерам с Землей. Эти находки были особенно захватывающими, поскольку красные карликовые звезды являются наиболее распространенными во вселенной — на них приходится 85 процентов звезд только в Млечном Пути.

К сожалению, в последнее время были проведены многочисленные исследования, которые показывают, что эти планеты могут не иметь необходимых условий для поддержания жизни. Последние поступили из Гарвардского университета, где постдокторские исследователи Манасви Лингам и профессор Авраам Лоеб демонстрируют, что планеты вокруг звезд M-типа могут не получать достаточного количества излучения от своих звезд для фотосинтеза.

Проще говоря, считается, что жизнь на Земле возникла между 3,7 и 4,1 миллиарда лет назад (во время позднего хадейского или раннего архейского эона), в то время, когда атмосфера планеты была бы токсична для жизни сегодня. От 2,9 до 3 миллиардов лет назад начали появляться фотосинтезирующие бактерии, которые начали обогащать атмосферу кислородом.

В результате Земля пережила так называемое «великое окислительное событие» около 2,3 миллиарда лет назад. В течение этого времени фотосинтезирующие организмы постепенно преобразовывали атмосферу Земли из атмосферы, состоящей преимущественно из углекислого газа и метана, в атмосферу, состоящую из азота и кислорода (~ 78% и 21% соответственно).

Интересно, что другие формы фотосинтеза, как полагают, появились даже раньше, чем фотосинтез хлорофилла. К ним относятся фотосинтез сетчатки, который возник ок. 2,5-3,7 миллиарда лет назад и до сих пор существует в ограниченных нишевых средах сегодня. Как следует из названия, этот процесс основан на ретинале (тип фиолетового пигмента) для поглощения солнечной энергии в желто-зеленой части видимого спектра (от 400 до 500 нм).

Существует также аноксигенный фотосинтез (где углекислый газ и две молекулы воды обрабатываются с образованием формальдегида, воды и газообразного кислорода), который, как полагают, предшествует кислородному фотосинтезу полностью. Как и когда возникли различные типы фотосинтеза, является ключом к пониманию, когда началась жизнь на Земле. Как профессор Лёб объяснил Universe Today по электронной почте:

«Фотосинтез» означает «собирать» (синтезировать) с помощью света (фото). Это процесс, используемый растениями, водорослями или бактериями для преобразования солнечного света в химическую энергию, которая подпитывает их деятельность. Химическая энергия сохраняется в молекулах на основе углерода, которые синтезируются из углекислого газа и воды. Этот процесс часто выделяет кислород как побочный продукт, который необходим для нашего существования. В целом, фотосинтез поставляет все органические соединения и большую часть энергии, необходимой для жизни, как мы ее знаем на планете Земля. Фотосинтез возник относительно рано в эволюционной истории Земли ».

Подобные исследования, в которых исследуется роль, которую играет фотосинтез, важны не только потому, что они помогают нам понять, как возникла жизнь на Земле. Кроме того, они также могут помочь нам понять, может ли жизнь возникнуть на внелунных планетах и ​​при каких условиях это может произойти.

Их исследование под названием «Фотосинтез на обитаемых планетах вокруг звезд с низкой массой » недавно появилось в Интернете и было отправлено в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . Ради своего исследования Лингам и Леб пытались ограничить поток фотонов звезд М-типа, чтобы определить, возможен ли фотосинтез на планетах земного шара, которые вращаются вокруг звезд красных карликов. Как сказал Леб:

«В нашей статье мы исследовали, может ли фотосинтез происходить на планетах в обитаемой зоне вокруг звезд с низкой массой. Эта зона определяется как диапазон расстояний от звезды, где температура поверхности планеты учитывает наличие жидкой воды и химический состав. о жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Для планет в этой зоне мы рассчитали поток ультрафиолета (УФ), освещающий их поверхность, в зависимости от массы их звезды-хозяина. Звезды с низкой массой холоднее и производят меньше УФ-фотонов на количество радиации. »

В соответствии с недавними находками с участием звезд красных карликов, их исследование было сосредоточено на «земных аналогах», планетах, которые имеют те же основные физические параметры, что и Земля, то есть радиус, массу, состав, эффективную температуру, альбедо и т. Д. Поскольку теоретические пределы фотосинтеза вокруг других звезд не очень хорошо понимают, они также работают с теми же пределами, что и на Земле — между 400 и 750 нм.

Исходя из этого, Лингам и Леб рассчитали, что маломассивные звезды M-типа не смогут превысить минимальный поток УФ-излучения, необходимый для обеспечения биосферы, аналогичной биосфере Земли. Как показал Леб:

«Это подразумевает, что обитаемые планеты, обнаруженные за последние несколько лет вокруг близлежащих карликовых звезд, Проксима Центавра (ближайшая к Солнцу звезда, 4 световых года отсюда, 0,12 массы Солнца, с одной обитаемой планетой, Проксима b) и TRAPPIST-1 ( 40 световых лет , 0,09 солнечных масс с тремя обитаемыми планетами TRAPPIST-1e, f, g), вероятно, не имеют биосферы, подобной Земле. В более общем смысле, спектроскопические исследования состава атмосфер планет, которые проходят через их звезды (например, TRAPPIST-1) вряд ли найдут биомаркеры, такие как кислород или озон, на обнаруживаемых уровнях. Если кислород будет найден, его происхождение, вероятно, будет небиологическим ».

Естественно, существуют ограничения для такого рода анализа. Как отмечалось ранее, Лингам и Лоеб указывают, что теоретические пределы фотосинтеза вокруг других звезд не известны. Пока мы не узнаем больше о планетных условиях и радиационной обстановке вокруг звезд типа М, ученые будут вынуждены использовать метрики, основанные на нашей собственной планете.

Во-вторых, существует также тот факт, что звезды M-типа являются переменными и нестабильными по сравнению с нашим Солнцем и испытывают периодические вспышки. Ссылаясь на другие исследования, Лингам и Леб указывают, что они могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на биосферу планеты. Короче говоря, звездные вспышки могут обеспечить дополнительное ультрафиолетовое излучение, которое поможет запустить химию пребиотиков, но также может нанести ущерб атмосфере планеты.

Тем не менее, за исключением более интенсивных исследований планет, находящихся вне Солнца, которые вращаются вокруг звезд красных карликов , ученые вынуждены полагаться на теоретические оценки вероятности жизни на этих планетах. Что касается результатов, представленных в этом исследовании, они являются еще одним свидетельством того, что звездные системы красных карликов, возможно, не являются наиболее вероятным местом для поиска обитаемых миров.

Если это правда, эти результаты могут также иметь решающее значение для поиска внеземного интеллекта (SETI). «Поскольку кислород, получаемый в результате фотосинтеза, является необходимым условием для сложной жизни, такой как люди на Земле, он также будет необходим для развития технологического интеллекта», — сказал Леб. «В свою очередь, появление последних открывает возможность найти жизнь с помощью технологических сигнатур, таких как радиосигналы или гигантские артефакты».

На данный момент поиск обитаемых планет и жизни по-прежнему основывается на теоретических моделях, которые говорят нам о том, что нужно искать . В то же время эти модели по-прежнему основаны на «жизни, какой мы ее знаем», то есть на примере аналогов Земли и наземных видов. К счастью, астрономы ожидают многого узнать в ближайшие годы благодаря разработке приборов следующего поколения.