Опасности ложноположительного обнаружения жизни на планетах по «кислородному следу»

При поисках жизни на других планетах присутствие кислорода в атмосфере является одним из возможных признаков наличия биологической активности, которые могут быть обнаружены при помощи телескопов будущего. В новом исследовании, однако, описываются несколько сценариев, в которых эволюция безжизненной каменистой планеты, обращающейся вокруг солнцеподобной звезды, может протекать так, что в атмосфере планеты накапливается кислород.

Согласно этим находкам, при использовании телескопов следующего поколения для поисков жизни в Галактике необходимо будет обращать внимание не только на обнаружение самого кислорода, но и на другие молекулы, сопутствующие этому газу в атмосфере планеты.

«Это полезно с той точки зрения, что, зная о таких небиологических сценариях появления кислорода в атмосфере, мы показываем одновременно, какие именно дополнительные наблюдения необходимо произвести, чтобы не получить ложноположительное обнаружение», - сказал первый автор исследования Джошуа Криссансен-Тоттон (Joshua Krissansen-Totton) из Калифорнийского университета в Санта-Круз, США.

Выводы команды основаны на подробной компьютерной модели эволюции каменистых планет, основным содержанием которой является геохимическая и тепловая эволюция мантии и коры, а также взаимодействия между корой и атмосферой. Рассчитывая эволюцию планеты на протяжении миллиардов лет, начиная от первичного расплавленного состояния, ученые получили ряд различных картин состава атмосферы, в зависимости от исходного количества летучих элементов в составе вещества планеты.

Кислород начинает формироваться в атмосфере, когда высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение расщепляет молекулы воды в верхних слоях атмосферы на водород и кислород. Более легкий водород теряется в космос, а кислород накапливается в атмосфере. Однако у этого кислорода есть и «потребители» - монооксид углерода и водород, выделяющиеся из расплавленных горных пород, реагируют с кислородом, а кроме того, удалению кислорода из атмосферы также способствует эрозия горных пород. На самом деле это лишь небольшая часть тех процессов, влияющих на содержание кислорода, которые исследователи включили в свою модель.

Согласно расчетам группы, планета, похожая на Землю, но имеющая в составе первичного вещества больше воды, в конечном счете будет иметь на поверхности очень глубокие океаны. Это приведет к гигантскому давлению на кору и подавлению поверхностной геологической активности, а следовательно, к уменьшению потребления кислорода в атмосфере.

В противоположном случае эволюция обедненной водой планеты приводит к преждевременной кристаллизации расплавленной магмы и формированию твердой коры, в то время как вода продолжает оставаться в атмосфере в виде пара. Такая «паровая атмосфера» обеспечивает поступление в верхние слои достаточного количества воды для формирования значительных содержаний кислорода в результате фотохимических реакций.

В третьем сценарии, который приводит к формированию кислорода в атмосфере, планета, похожая во всем остальном на Землю, имеет изначально более высокое отношение диоксида углерода к воде. Это приводит к неконтролируемому парниковому эффекту, что, в свою очередь, делает невозможным конденсацию воды из атмосферы на поверхности планеты, и следовательно, ведет к накоплению фотохимического кислорода, пояснили авторы.

Исследование опубликовано в журнале AGU Advances.