Примерно 4,1–3,8 миллиарда лет назад планеты внутренней Солнечной системы подверглись многочисленным воздействиям комет и астероидов, пришедших из внешней Солнечной системы. Это известно как период поздней тяжелой бомбардировки (LHB), когда (согласно теории) миграция планет-гигантов выбила астероиды и кометы с их обычных орбит, отправив их мчаться к Меркурию, Венере, Земле и Марсу. Считается, что эта бомбардировка распространила воду во внутреннюю часть Солнечной системы и, возможно, в строительные блоки самой жизни.
Согласно новому исследованию Кембриджского университета, кометы должны двигаться медленно – ниже 15 км/с (9,32 мили/с) – чтобы доставлять органический материал на другие планеты. В противном случае основные молекулы не выдержали бы высокой скорости и температуры, вызванных проникновением в атмосферу и ударом. Как обнаружили исследователи, такие кометы могут возникать только в тесно связанных системах, где планеты вращаются близко друг к другу. Их результаты показывают, что эти системы могут быть хорошим местом для поиска доказательств существования жизни (биосигнатур) за пределами Солнечной системы.
Исследование провели Ричард Анслоу и Эми Бонсор, доктор философии. Студент и научный сотрудник Королевского общества Института астрономии Кембриджского университета (соответственно). К ним присоединился Пол Риммер, старший научный сотрудник SCOL из астрофизической группы Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Их статья под названием «Могут ли кометы доставлять пребиотические молекулы на каменистые экзопланеты?» появился 15 ноября в Труды Королевского общества А.
В нашей Солнечной системе большинство комет происходят из пояса Койпера, околозвездного диска, простирающегося на 30 астрономических единиц (а.е.) – за пределы орбиты Нептуна – примерно на 50 а.е. Когда объекты пояса Койпера (KBO) сталкиваются, они могут быть «отброшены» гравитацией Нептуна к Солнцу и в конечном итоге захватываются гравитацией Юпитера. Некоторые из этих комет затем пролетят мимо пояса астероидов и пробьются во внутреннюю часть Солнечной системы. У этих комментариев вырастут «хвосты» по мере приближения к Солнцу, поскольку повышение температуры приведет к сублимации их замороженных летучих веществ.
Ученые также узнали, что кометы могут содержать пребиотические молекулы, которые являются строительными блоками жизни. Сюда входят цианистый водород, метанол, формальдегид, этанол, этан и более сложные молекулы, такие как длинноцепочечные углеводороды и аминокислоты. Например, образцы, возвращенные с астероида Рюгу в 2022 году, показали наличие неповрежденных аминокислот и никотиновой кислоты, органической молекулы, также известной как витамин B3. Однако не все эти элементы могут остаться нетронутыми при входе в атмосферу планеты и при столкновении с поверхностью. Как сказал Анслоу в пресс-релизе Манчестерского университета:
«Мы постоянно узнаем больше об атмосферах экзопланет, поэтому нам хотелось посмотреть, есть ли планеты, куда кометы также могут доставлять сложные молекулы. 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.
«Мы хотели проверить наши теории на планетах, похожих на нашу, поскольку Земля в настоящее время является нашим единственным примером планеты, на которой поддерживается жизнь. Какие кометы, движущиеся с какой скоростью, могли бы доставить неповрежденные пребиотические молекулы? В этих плотно упакованных системах каждая планета имеет шанс взаимодействовать с кометой и поймать ее в ловушку. Вполне возможно, что этот механизм может быть причиной того, как молекулы пребиотиков попадают на планеты».
В своем исследовании команда стремилась установить некоторые ограничения на типы планет, на которые кометы могли бы успешно доставлять сложные молекулы. Используя различные математические модели, исследователи определили, что кометы могут доставлять молекулы-предшественники для жизни, но только при определенных сценариях. Их результаты показали, что наиболее вероятным местом для обнаружения комет, движущихся с нужной скоростью, являются системы «горошины в стручке», состоящие из планет, вращающихся близко друг к другу. В этих системах кометы могут притягиваться гравитационным притяжением одной планеты, а затем «отскакивать» от другой перед столкновением.
Если комету достаточно перевести с одной орбиты на другую, она замедлится настолько, что некоторые пребиотические молекулы смогут пережить вход в атмосферу. Их результаты также показали, что для звезд, подобных Солнцу, шансы на выживание пребиотических молекул были еще выше, если бы планеты имели небольшую массу. Но для планет, вращающихся вокруг звезд малой массы (таких как красные карлики М-типа), планеты, вращающиеся по близким орбитам, были особенно важны. Если бы скалистые планеты в этих системах были упакованы неплотно, они бы пострадали от гораздо более высокоскоростных ударов, что создало бы серьезную проблему для жизни на этих планетах.
Эти результаты могут помочь астрономам определить, где искать признаки жизни (биосигнатуры) за пределами нашей Солнечной системы. Сказал Анслоу:
«Приятно, что мы можем начать определять тип систем, которые мы можем использовать для тестирования различных сценариев происхождения. 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 самых фундаментальных вопросов».
Дальнейшее чтение: Кембриджский университет, Труды Королевского общества А
