Чи залежать технологічні цивілізації від атмосферного кисню?

Майже 2 мільйони років тому вид людиноподібних мавп, відомий як Homo erectus, почав використовувати вогонь. Це був поступовий процес, від опортуністичних користувачів природних вогнів до майстрів, здатних створювати полум’я з кременю та тендеру. Ми їхні нащадки. Ми створіння кузні та печі, вогнища та дому. Вогонь став настільки центральним для нас, що замість homo sapiens ми могли б називати себе homo ignus, мавпою, що володіє вогнем. Вогонь є центральним фактором розвитку нашої цивілізації. Він готує нам їжу, зігріває нас і освітлює нашу ніч. Це викликає цікаве запитання. Чи змогли б ми побудувати цивілізацію без вогню?

Пожежа можлива лише в атмосфері з високим вмістом кисню. В атмосфері з менш ніж приблизно 18% кисню ви не можете мати відкритий вогонь. Для надійного запалювання може знадобитися рівень до 20%. Атмосфера Землі зараз складається з 21% кисню, але стабільно перевищує 18% лише близько 200 мільйонів років. Протягом більшої частини історії Землі відкритий вогонь був неможливий. А Земля — єдина планета в нашій Сонячній системі зі значним рівнем кисню. Отже, хоча планети у Всесвіті є звичайним явищем, планети, на яких можлива пожежа, можуть бути рідкісними. Якщо для виникнення цивілізацій потрібен вогонь, атмосферний кисень може стати вузьким місцем.

Це вузьке місце є предметом нещодавнього дослідження, опублікованого на сервері попередньої обробки Arxiv. Він розглядає вимоги до планети, щоб мати багату киснем атмосферу, і виявляє, що обмеження є досить жорсткими. Існує лише два основних способи створення вільного кисню в атмосфері. По-перше, це біологічне походження, коли живі організми виробляють кисень за допомогою фотосинтезу. Другий — абіотичний процес, коли водяна пара у верхніх шарах атмосфери розщеплюється на водень і кисень ультрафіолетовим світлом.

Дослідження показує, що домінуючий механізм залежить від розміру та температури планети. При земних температурах для вільного кисню потрібні живі організми. Але якщо планета занадто мала, вона не зможе утримувати достатню атмосферу для життя, а якщо вона занадто велика, її атмосфера буде настільки переважати воднем і гелієм, що живі істоти не зможуть виробляти достатньо кисню, щоб подолати поріг у 18%. Тож мешканці суперземлі з температурою Землі, ймовірно, не можуть мати відкритий вогонь.

Для більш гарячих планет домінує абіотичний механізм, але тільки якщо планета більша за Землю. Маленькі гарячі планети не матимуть достатньо густої водяної пари, щоб генерувати багато кисню. Хорошим прикладом цього є Венера, де занадто тепло для біотичного кисню, але недостатньо для абіотичного кисню. Це означає, що якщо ми знайдемо суперземлю з багатою киснем атмосферою, то вона, ймовірно, виникла абіотичним шляхом. Живі істоти могли б скористатися цим киснем, включно з використанням вогню для створення цивілізації.

Питання атмосферного кисню є складним, і ця стаття не вдається в деталі. Його мета — окреслити обмеження здатності створювати вогонь у потенційно придатних для життя світах. Коли ми шукаємо життя на небесах, нам може знадобитися розрізняти потенційно придатні для життя світи та потенційно цивілізовані світи. Останнє може бути набагато рідше, ніж ми колись сподівалися. Джерело