Астрономы нашли несколько довольно диких экзопланет. Некоторые из них являются шариками лавы, температура ада, один из них частично сделан из алмаза, а другой может расплавленный дождь. Однако не все экзопланеты являются этой экстремальностью. Некоторые из них являются скалистыми, примерно земными мирами в обитаемых зонах своих звезд.
Может ли простая земная жизнь выжить в некоторых из этих менее экстремальных миров?
В настоящее время мы опишем обитаемую зону солнечной системы жидкой водой. Если планета находится на правильном расстоянии от его звезды до устойчивых поверхностных вод, мы считаем, что она находится в обитаемой зоне. Тем не менее, новое исследование использует другой подход, подчеркивая роль, которую атмосфера планеты играет в обитаемости.
Ученые, стоящие за этим исследованием, проверили свою идею, увидев, могут ли микробы выжить в моделируемых мирах.
Новое исследование — «роль атмосферного состава в определении ограничений с обитаемой зоной и поддержкой роста кишечной палочки». Он доступен на сайте Pre-Print arxiv.org. Ведущим автором является Асена Кузукан, постдокторский исследователь на факультете астрономии в Женевском университете в Швейцарии.
Мы обнаружили около 6000 экзопланет примерно в 4300 планетарных системах. Наш растущий каталог экзопланет заставляет нас задуматься о жизни. Есть ли жизнь в другом месте, и можно ли какая -нибудь из этих тысяч экзопланетов обитаемыми?
Некоторые дразнили возможность. Trappist1-E и Proxima Centauri B являются скалистыми планетами в обитаемых зонах их звезд. TOI-700 D ORBITICES MILLED, COOL STAR и может быть в его обитаемой зоне. Есть много других.
Простое определение обитаемой зоны ограничено расстоянием планеты от его звезды, и если жидкая вода может сохраняться на ее поверхности на этом расстоянии. Тем не менее, ученые знают, что атмосфера планеты играет большую роль в обитаемости. Толстая атмосфера на планете за пределами обитаемой зоны может помочь ей поддерживать жидкую воду.
«Каждая атмосфера уникально влияет на вероятность поверхностной жидкой воды, определяя обитаемую зону (Гц), область вокруг звезды, где может существовать жидкая вода», — пишут авторы. Однако жидкая вода не гарантирует, что мир обитаемо. Чтобы лучше понять жильность экзопланет, исследователи следовали двумпрочастому подходу.
Они начали с оценки условий поверхности экзопланет вблизи внутреннего края ГЗ звезды с различными атмосферными композициями.
Затем они рассмотрели, если в этих средах можно выжить земные микробы. Они провели лабораторные эксперименты на E. coli, чтобы увидеть, как или если они могут расти и выжить. Они сосредоточились на различных композициях газа в этих атмосферах. Атмосферными композициями были стандартный (Земный) воздух, чистый CO2, N2-богатый, CH4-богатый и чистый молекулярный водород.
В их экспериментах использовались 15 отдельных бутылок, 3 для каждого из 5 атмосферных композиций. Каждая бутылка была инокулирована E.coli K-12, лабораторным штаммом E. coli, который является краеугольным камнем исследований молекулярной биологии.
«Эта инновационная комбинация моделирования климата и биологических экспериментов моет теоретические климатические прогнозы с биологическими результатами», — пишут они в своих исследованиях.
Наряду с их лабораторными экспериментами, команда выполнила серию моделирования с различными атмосферными композициями и планетарными характеристиками. «Для каждой атмосферной композиции мы имитируем, вода является переменным компонентом, который может конденсироваться или испаряться в зависимости от условий давления/температуры», — пишут они. Для каждого атмосферного состава они смоделировали планеты на разных орбитальных расстояниях, чтобы определить внутренний край Гц. Они также варьировали атмосферное давление.
«Используя 3D -моделирование GCM (модель общей циркуляции), это исследование дает первый взгляд на то, как эти атмосферные композиции влияют на внутренний край обитаемой зоны, предлагая ценную информацию о теоретических пределах обитаемости в этих экстремальных условиях», — объясняют авторы.
«Наши результаты показывают, что атмосферная композиция значительно влияет на модели роста бактерий, подчеркивая важность рассмотрения разнообразных атмосферы в оценке обитаемости экзопланеты и продвижения поиска жизни за пределами Земли», — пишут они.
Э. Коли удивительно хорошо в различных атмосферных составах. Несмотря на то, что в случае адаптации E. coli была задержка, плотность клеток увеличивалась в некоторых тестах. Обогащенная водородом атмосфера преуспела удивительно хорошо.
«К первому дню после инокуляции плотность клеток увеличилась в стандартном воздухе, богатых CH4, N2-богатых и чистых атмосферах H2»,-пишут авторы. «В то время как плотность клеток увеличилась аналогично в стандартном воздухе, богатых CH4 и N2-богатых атмосфере, в атмосфере чистого H2 наблюдалось немного более сильное увеличение. Быстрая адаптация кишечной палочки к чистому H2 предполагает, что богатые водородом атмосфера может поддерживать анаэробную микробную жизнь после того, как происходит акклиматизация ».
И наоборот, к результатам H2, результаты CO2 отстали. «Pure CO2, однако, последовательно представлял наиболее сложную среду, с значительно более медленным ростом», — говорится в документе.
Их результаты показывают, что планеты с анаэробными атмосферами, в которых преобладает H2, CH4 или
N2 все еще может поддерживать микробную жизнь, даже если начальный рост медленнее, чем в воздухе Земли. «Способность адаптироваться к менее благоприятным условиям подразумевает, что жизнь может сохраняться на таких планетах, учитывая достаточное время для акклиматизации», — пишут авторы.
Атмосфера, богатая CO2, является выбросом в этой работе. «Постоянно плохой рост в чистом CO2 подчеркивает ограничения этого газа в поддержке жизни, особенно для гетеротрофных организмов, таких как E. coli»,-пишут Кузукан и ее соавторы. Тем не менее, авторы отмечают, что некоторые формы жизни могут использовать CO2 в качестве источника углерода в некоторых средах. Они объясняют, что планеты с этими типами атмосфер все еще могут адаптироваться организмы, такие как хемотрофы или экстремофилы.
Эта работа сочетает в себе атмосферные и биологические факторы для понимания экзопланетных HZ. «Одной из наших ключевых целей было определение пределов ГЗ для планет, в которых преобладают H2 и CO2 с использованием трехмерного моделирования климата, в частности, общей модели PCM», — объясняют авторы.
Они обнаружили, что атмосферы H2 оказывают теплый эффект, «подталкивая внутренний край Гц к дальнейшим орбитальным расстояниям, чем атмосферы с доминированием CO2». Он может продлеваться до 1,4 а.е. на 5 бар, в то время как атмосфера CO2 при том же давлении была ограничена 1,2 ат. «Это демонстрирует глубокое влияние атмосферного состава на планетарное климат и подчеркивает, как атмосферы H2 могут расширить
Добро пожаловать в зону дальше от своих хозяев », — пишут исследователи.
Некоторые из тестируемых ими атмосфер вряд ли сохранятся в природе, но результаты все еще научно ценны.
«Хотя некоторые из атмосферных сценариев, представленных здесь (1-Bar H2 и CO2), упрощены, и
Не может сохраняться в геологических временных масштабах из-за таких процессов, как спасение водорода и велосипедный велосипед, они, тем не менее, дают ценную информацию о радиационном воздействии этих газов на обитаемость »,-пишут авторы.
Мы знаем, что атмосферы чрезвычайно сложны, и это исследование подтверждает это. Это также показывает, как может быть устойчивая жизнь земля. «В целом, эти результаты подчеркивают как устойчивость кишечной палочки в адаптации к разнообразным атмосферным условиям, так и критической роли атмосферной композиции играет в определении
Микробное выживание », — объясняют авторы в своем заключении. Хотя авторы признают, что их выводы основаны на основе, ориентированной на Землю, результаты имеют более широкие последствия. В соответствии с этими результатами жизнь может процветать в дико разных атмосферных составах и условиях.
«Таким образом, наше исследование подчеркивает важность атмосферного состава и давления для обитаемости, признавая ограничения нашей ориентированной на землю перспективы»,-пишут они.
«Изучая как атмосферные условия, так и микробную выживаемость, мы получаем более глубокое понимание сложных факторов, которые влияют на обитаемость, прокладывая путь для будущих исследований потенциала жизни за пределами нашей солнечной системы».
