В останні роки значно зросла кількість позасонячних планет, виявлених навколо сусіднього типу М (червоні карликові зірки). У багатьох випадках ці підтверджені планети були "подібними до Землі", тобто вони земні (ака. Скелясті) та порівнянні за розміром із Землею. Ці знахідки були особливо захоплюючими, оскільки червоні зірки-карлики є найпоширенішими у Всесвіті - вони складають 85% зірок лише в Чумацькому Шляху.
На жаль, пізно проводилися численні дослідження, які свідчать про те, що ці планети можуть не мати необхідних умов для підтримки життя. Останнє походить з Гарвардського університету, де докторантура Манасві Лінгам та професор Авраам Льоб демонструють, що планети навколо зірок типу М можуть не отримати достатню радіацію від своїх зірок для фотосинтезу.
Простіше кажучи, вважається, що життя на Землі виникло між 3,7 та 4,1 мільярдами років тому (в період пізнього Хадея або раннього архейського періоду), в той час, коли атмосфера планети була б токсичною для життя сьогодні. Від 2,9 до 3 мільярдів років тому почали з'являтися фотосинтезуючі бактерії і почали збагачувати атмосферу кисневим газом.
В результаті Земля пережила те, що було відоме як "Велика подія окислення" приблизно 2,3 мільярда років тому. За цей час фотосинтетичні організми поступово перетворювали атмосферу Землі з переважно складеної з вуглекислого газу та метану до тієї, що складається з азоту та кисню (~ 78% та 21% відповідно).
Цікаво, що інші форми фотосинтезу, як вважається, з'явилися ще раніше, ніж фотосинтез хлорофілу. До них належить фотосинтез сітківки, який виник приблизно. 2,5-3,7 мільярда років тому і досі існує в обмеженій ніші. Як випливає з назви, цей процес покладається на сітківку (тип фіолетового пігменту) для поглинання сонячної енергії в жовто-зеленій частині видимого спектру (від 400 до 500 нм).
Існує також аноксигенний фотосинтез (де діоксид вуглецю та дві молекули води обробляються для створення формальдегіду, води та кисневого газу), який, як вважають, повністю передує кисневому фотосинтезу. Як і коли виникли різні типи фотосинтезу, є ключовим для розуміння того, коли почалося життя на Землі. Як пояснив професор Лоб для Space Magazine електронною поштою:
"Фотосинтез" означає "з'єднання" (синтез) світлом (фото). Це процес, який використовують рослини, водорості або бактерії для перетворення сонячного світла в хімічну енергію, яка підживлює їх діяльність. Хімічна енергія зберігається в молекулах на основі вуглецю, які синтезуються з вуглекислого газу та води. Цей процес часто виділяє кисень як побічний продукт, необхідний для нашого існування. В цілому фотосинтез постачає всі органічні сполуки та більшу частину енергії, необхідної для життя, як ми це знаємо на планеті Земля. Фотосинтез виник порівняно на початку еволюційної історії Землі ».
Такі дослідження, які вивчають роль, яку відіграє фотосинтез, не тільки важливі, оскільки допомагають нам зрозуміти, як виникло життя на Землі. Крім того, вони також могли б допомогти інформувати наше розуміння того, чи може виникнути життя на позасонячних планетах і за яких умов це може відбуватися.
Їх дослідження під назвою "Фотосинтез на заселених планетах навколо зірок низької маси" нещодавно з'явилося в Інтернеті і було представлено до Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства. Заради свого дослідження Лінгам та Лоб намагалися обмежити потік фотонів зірок типу М, щоб визначити, чи можливий фотосинтез на земних планетах, що обертаються навколо червоних карликових зірок. Як заявив Лоб:
«У нашій роботі ми дослідили, чи може фотосинтез на планетах в зоні проживання навколо зірок низької маси. Ця зона визначається як дальність відстані від зірки, де температура поверхні планети дозволяє існувати рідкої води та хімії життя, як ми це знаємо. Для планет у цій зоні ми обчислили ультрафіолетовий (УФ) потік, що висвітлює їх поверхню, як функцію маси їх зірки-господаря. Зірки низької маси прохолодніші і виробляють менше ультрафіолетових фотонів за кількість випромінювання. "
Відповідно до останніх знахідок, пов’язаних із червоними карликовими зірками, їхнє дослідження було зосереджено на «земних аналогах», планетах, які мають ті ж основні фізичні параметри, як Земля - тобто радіус, маса, склад, ефективна температура, альбедо тощо. З теоретичними межами фотосинтезу навколо інших зірок недостатньо зрозуміло, вони також працювали з тими ж межами, що і на Землі, - від 400 до 750 нм.
Виходячи з цього, Лінгам і Лоб підрахували, що зірки низького типу М типу не зможуть перевищити мінімальний потік УФ, необхідний для забезпечення біосфери, подібної до Землі. Як показав Лоб:
"Це означає, що заселені планети, виявлені за останні кілька років навколо сусідніх карликових зірок, Проксима Кентаврі (найближча зірка до Сонця, 4 відстані світлових років, 0,12 сонячних маси, з однією мешканкою планети, Проксима b) і TRAPPIST-1 ( Відстань за 40 світлових років, 0,09 сонячних мас, з трьома житловими планетами TRAPPIST-1e, f, g), ймовірно, не має біосфери, що нагадує Землю. Більш загально, спектроскопічні дослідження складу атмосфер планет, які проходять через їх зорі (як TRAPPIST-1), навряд чи знайдуть біомаркерів, таких як кисень чи озон, на детектируемих рівнях. Якщо кисень знайдений, його походження, ймовірно, буде небіологічним. "
Природно, що для такого роду аналізів є обмеження. Як зазначалося раніше, Лінгам і Лоб вказують на те, що теоретичні межі фотосинтезу навколо інших зірок недостатньо відомі. Поки ми не дізнаємося більше про планетарні умови та радіаційне середовище навколо зірок типу М, вчені будуть змушені використовувати показники, засновані на нашій власній планеті.
По-друге, також є той факт, що зірки типу М мінливі та нестабільні порівняно з нашим Сонцем та мають періодичні спалахи. Посилаючись на інші дослідження, Лінгам та Лоб вказують, що вони можуть мати як позитивний, так і негативний вплив на біосферу планети. Коротше кажучи, зоряні спалахи можуть забезпечити додаткове ультрафіолетове випромінювання, що допоможе запустити пребіотичну хімію, але також може завдати шкоди атмосфері планети.
Тим не менш, забороняючи більш інтенсивні дослідження позасонячних планет, які обертаються навколо червоних карликових зірок, вчений змушений спиратися на теоретичні оцінки того, наскільки ймовірним буде життя на цих планетах. Щодо висновків, представлених у цьому дослідженні, вони є ще одним свідченням того, що червоні карликові зіркові системи, можливо, не є найбільш імовірним місцем для пошуку мешканців світу.
Якщо це правда, ці висновки також можуть мати кардинальні наслідки у пошуку позаземного інтелекту (SETI). "Оскільки кисень, що утворюється за рахунок фотосинтезу, є необхідною умовою для складного життя, такого як люди на Землі, йому також знадобиться розвиток технологічного інтелекту", - сказав Лоб. "У свою чергу поява останнього відкриває можливість знайти життя за допомогою технологічних підписів, таких як радіосигнали або гігантські артефакти".
На даний час про пошук житлових планет і життя продовжують інформувати теоретичні моделі, які говорять нам, на що слід звернути увагу. У той же час, ці моделі продовжують базуватися на "житті, як ми його знаємо" - тобто, використовуючи земні аналоги та наземні види як приклади. На щастя, астрономи очікують, що в найближчі роки навчиться набагато більше завдяки розробці інструментів наступного покоління.
Чим більше ми дізнаємось про системи екзопланет, тим більше шансів на те, щоб визначити, чи є вони придатними для проживання. Зрештою, ми не будемо знати, що ще нам шукати, поки насправді не знайдемо. Такий великий парадокс, коли йдеться про пошук позаземного інтелекту, не кажучи вже про інший великий парадокс (подивіться!).
