Астрономи вже каталогізували понад 6000 планет за межами Сонячної системи й активно досліджують атмосфери найперспективніших із них. Особливу увагу приділяють хімічним речовинам, які можуть бути побічними продуктами біологічної діяльності. Однак виявити потенційні ознаки життя непросто: спочатку потрібно зрозуміти, як виглядала б атмосфера придатної для життя планети, якби на ній не було жодних організмів.
Саме для цього дослідники з Вашингтонського університету створили складну комп’ютерну модель Землі, у якій повністю виключили вплив життя. Результати роботи, опублікованої 18 вересня в журналі The Planetary Science Journal, охоплюють приблизно 5 мільярдів років — від формування Землі 4,5 мільярда років тому до орієнтовно 500 мільйонів років у майбутньому.
Модель відтворює обмін хімічними речовинами між ядром, мантією, корою, поверхнею та атмосферою планети. Вона змогла правильно передбачити 19 характеристик Землі, зокрема тепловий потік крізь мантію. Водночас у розрахунках не враховували вплив живих організмів на ці процеси.
Як відрізнити придатну для життя планету від населеної?
Атмосфера планети залежить не лише від біології, а й від геологічних процесів, внутрішнього тепла та випромінювання зорі. Тому сама наявність певних газів ще не доводить існування життя.
На Землі, наприклад, рослини й тварини постійно поповнюють атмосферу киснем і метаном. Ці гази вступають у реакцію та руйнують один одного. Якби астрономи з іншої планети спостерігали за Землею, одночасна присутність обох речовин могла б стати підказкою, що на нашій планеті відбуваються біологічні процеси.
Однак для правильного тлумачення таких сигналів потрібно знати, чи можуть подібні атмосферні характеристики виникати без участі життя.
Нова модель дає змогу перевірити це. Дослідники можуть ввести основні параметри кам’янистої екзопланети та змоделювати її еволюцію без біологічного впливу. Якщо отримана модель не здатна відтворити спостережуваний склад атмосфери, така планета стає цікавішою для подальшого пошуку можливих ознак життя.
Модель може допомогти майбутнім телескопам
Робота розвиває попередню модель, створену в лабораторії астронома Рорі Барнса. Раніше вона враховувала ядро, мантію, кору та випромінювання зорі, але не охоплювала поверхню й атмосферу. Додавання цих компонентів дало змогу одночасно відтворювати процеси в усіх основних системах Землі.
За словами провідної авторки дослідження Саманти Гілберт-Джанізек, яка працювала над проєктом під час навчання в докторантурі Вашингтонського університету, а нині є постдокторанткою Каліфорнійського університету в Ріверсайді, модель допоможе зрозуміти, як неживі, але придатні для життя планети можуть імітувати ознаки населених світів.
Розробка також може стати корисною під час проєктування майбутніх телескопів для дослідження екзопланет, зокрема запропонованої космічної обсерваторії Habitable Worlds Observatory.
Дослідники наголошують, що створення таких інструментів потребує багаторічної роботи багатьох наукових команд. Нова модель є важливим кроком до точнішого визначення того, які атмосферні сигнали справді можуть свідчити про життя за межами Землі.