Составное изображение западного полушария Земли. Кредит: НАСА
Как молекулярные строительные блоки жизни оказались на Земле? Одна из давних теорий состоит в том, что они могли быть доставлены кометами. Теперь исследователи из Кембриджского университета показали, как кометы могут откладывать аналогичные строительные блоки на другие планеты в галактике.
Чтобы доставить органический материал, кометы должны двигаться относительно медленно — со скоростью менее 15 километров в секунду. На более высоких скоростях основные молекулы не выживут — скорость и температура удара заставят их распасться.
Наиболее вероятным местом, где кометы могут двигаться с нужной скоростью, являются системы типа «горошины в стручке», где группа планет вращается близко друг к другу. В такой системе комета могла бы, по сути, пройти или «отскочить» с орбиты одной планеты на другую, замедляя ее.
На достаточно медленной скорости комета врезалась бы в поверхность планеты, доставив неповрежденные молекулы, которые, по мнению исследователей, являются предшественниками жизни. Результаты, опубликованные в Трудах Королевского общества А, предполагают, что такие системы могут быть многообещающими местами для поиска жизни за пределами нашей Солнечной системы, если доставка на комету важна для возникновения жизни.
Известно, что кометы содержат целый ряд строительных блоков жизни, известных как пребиотические молекулы. Например, образцы с астероида Рюгу, проанализированные в 2022 году, показали, что они содержат неповрежденные аминокислоты и витамин B3. Кометы также содержат большое количество цианистого водорода (HCN), еще одной важной молекулы-пребиотика. Прочные углеродно-азотные связи HCN делают его более устойчивым к высоким температурам, а это означает, что он потенциально может пережить попадание в атмосферу и остаться неповрежденным.
«Мы постоянно узнаем больше об атмосферах экзопланет, поэтому мы хотели посмотреть, есть ли планеты, куда кометы также могут доставлять сложные молекулы», — сказал первый автор Ричард Анслоу из Кембриджского института астрономии. «Вполне возможно, что молекулы, которые привели к жизни на Земле, пришли из комет, поэтому то же самое может быть справедливо и для планет в других частях галактики».
Исследователи не утверждают, что кометы необходимы для возникновения жизни на Земле или любой другой планете, но вместо этого они хотели наложить некоторые ограничения на типы планет, куда кометы могут успешно доставлять сложные молекулы, такие как HCN.
Большинство комет нашей солнечной системы находятся за орбитой Нептуна, в так называемом поясе Койпера. Когда кометы или другие объекты пояса Койпера (KBO) сталкиваются, гравитация Нептуна может толкать их к Солнцу, а в конечном итоге их притягивает гравитация Юпитера. Некоторые из этих комет проходят мимо пояса астероидов и попадают во внутреннюю часть Солнечной системы.
«Мы хотели проверить наши теории на планетах, похожих на нашу, поскольку Земля в настоящее время является нашим единственным примером планеты, на которой поддерживается жизнь», — сказал Анслоу. «Какие кометы и с какой скоростью могут доставлять неповрежденные пребиотические молекулы?»
Используя различные методы математического моделирования, исследователи определили, что кометы могут доставить молекулы-предшественники для жизни, но только при определенных сценариях. Для планет, вращающихся вокруг звезды, похожей на наше собственное Солнце, планета должна иметь небольшую массу, и для планеты полезно находиться на близкой орбите к другим планетам в системе.
Исследователи обнаружили, что близлежащие планеты на близких орбитах гораздо важнее планет вокруг звезд с меньшей массой, где типичные скорости намного выше.
В такой системе комета могла быть притянута гравитационным притяжением одной планеты, а затем перед столкновением перешла на другую планету. Если бы такое «прохождение кометы» произошло достаточное количество раз, комета замедлилась бы настолько, что некоторые пребиотические молекулы смогли бы пережить вход в атмосферу.
«В этих плотно упакованных системах каждая планета имеет шанс взаимодействовать и поймать комету», — сказал Анслоу. «Вполне возможно, что этот механизм может быть причиной того, как молекулы пребиотиков попадают на планеты».
Для планет, находящихся на орбитах вокруг звезд с меньшей массой, таких как М-карлики, кометам будет труднее доставлять сложные молекулы, особенно если планеты упакованы неплотно. Скалистые планеты в этих системах также страдают от значительно более высокоскоростных ударов, что потенциально создает уникальные проблемы для жизни на этих планетах.
Исследователи говорят, что их результаты могут быть полезны при определении того, где искать жизнь за пределами Солнечной системы.
«Приятно, что мы можем начать определять тип систем, которые мы можем использовать для тестирования различных сценариев происхождения», — сказал Анслоу.
«Это другой способ взглянуть на великую работу, уже проделанную на Земле. Какие молекулярные пути привели к огромному разнообразию жизни, которое мы видим вокруг нас? Существуют ли другие планеты, где существуют такие же пути? Это захватывающее время – возможность объединить достижения астрономии и химии для изучения некоторых из наиболее фундаментальных вопросов».
Информация от: Кембриджским университетом
