Модель Daisy World описывает гипотетическую планету, которая саморегулируется, поддерживая тонкий баланс, включающий биогеохимические циклы, климат и петли обратной связи, которые делают ее пригодной для жизни. Это связано с гипотезой Геи, разработанной Джеймсом Лавлоком. Как мы можем обнаружить эти миры, если они существуют?
Внимательно изучая информацию.
Мир ромашек (DW) населен двумя видами ромашек: белыми и черными. У них разное альбедо: черные поглощают больше солнечного света и согревают планету, а белые отражают больше солнечного света и охлаждают планету.
По мере того как звезда DW становится ярче, температура планеты повышается. Поначалу черные ромашки процветают, потому что поглощают больше энергии. Однако по мере того, как на планете становится все жарче, поглощение большего количества энергии становится нежелательным, и белые ромашки начинают вытеснять черные и процветать. По мере своего развития они отражают больше солнечного света и охлаждают планету.
Результатом является тонкий гомеостаз, в котором маргаритки регулируют температуру планеты и поддерживают ее в пригодном для жизни диапазоне. Здесь не может быть слишком жарко и слишком холодно. Модель DW показывает, как жизнь может влиять на климат планеты и создавать условия, благоприятные для собственного выживания.
Земля – это не совсем маргариточный мир, но жизнь на Земле влияет на климат. Модель DW просто иллюстрирует концепцию основных механизмов климатической обратной связи.
В новом исследовании ученые из факультета физики и астрономии и факультета компьютерных наук Рочестерского университета хотели найти способы проанализировать, как связаны планетарные системы, такие как биосфера и геосфера. Если существуют саморегулирующиеся «маргаритные миры», как мы можем их обнаружить?
Исследование называется «Мир экзо-маргариток: пересмотр теории Геи с точки зрения информационной архитектуры». Ведущий автор — Дамиан Совински, физик-исследователь и научный сотрудник факультета физики и астрономии Рочестерского университета. Исследование ожидает публикации и еще не прошло рецензирование.
Идея состоит в том, чтобы найти способ обнаружить агностические биосигнатуры на экзопланетах. Регулярные биосигнатуры — это особые химические вещества, такие как кислород или метан, которые могут быть побочными продуктами живых организмов. Агностические биосигнатуры являются индикаторами присутствия жизни, но не полагаются на определение того, какие типы организмов могут их производить. Вместо этого они подобны всеобъемлющим планетарным закономерностям, которые создают живые миры.
Для авторов поиск агностических биосигнатур начинается с информации и того, как она течет.
«В этом исследовании мы расширяем классическую модель Daisy World через призму семантической теории информации (SIT), стремясь охарактеризовать информационный поток между биосферой и планетарной средой — то, что мы называем информационной архитектурой систем Daisy World», — авторы. объяснять.
Теория семантической информации существует с середины 20 века. Он пытается определить значение в разных контекстах, то, как на него влияет человеческая субъективная интерпретация, а также связанные концепции в том же духе. Этому вопросу уделяется новое внимание, поскольку искусственный интеллект и машинное обучение становятся все более распространенными.
Существует стремление понять атмосферу и окружающую среду экзопланет и найти способ различать те, которые могут поддерживать жизнь, и те, которые не поддерживают жизнь. Это сложная проблема, которая зависит от агностических биосигнатур.
Агностические биосигнатуры — это сложные закономерности и структуры, которые невозможно объяснить небиологическими процессами. Также существует неравновесие, новая передача энергии, необычные уровни организации в разных масштабах, а также циклические или систематические изменения, которые предполагают биологическую причину.
Поиск агностических биосигнатур может включать в себя сложные молекулы, требующие биологического синтеза, химическое распределение, требующее метаболизма, неожиданные скопления специфических молекул и особенности в атмосфере или на поверхности планеты, требующие биологического поддержания.
Некоторыми примерами агностических биосигнатур на Земле являются метан и кислород, сосуществующие в атмосфере, «красный край» в растительном спектре Земли, а также ежедневные или сезонные циклы выбросов газа.
«Поиск жизни на экзопланетах требует идентификации биосигнатур, которые полагаются на наличие жизни.
существенно изменили спектроскопические свойства планеты. Таким образом, поиски экзопланетной жизни направлены не
не только на обнаружении отдельных организмов, но и на выявлении коллективного воздействия жизни на планетарную систему — то, что мы называем экзобиосферой», — объясняют авторы.
Короче говоря, мы не можем изучать биосигнатуры без изучения биосферы. При этом крайне важно понять, где и как экзобиосфера достигает «зрелого» состояния, когда они оказывают сильное влияние на атмосферу, гидросферу, криосферу и литосферу, известные под общим названием геосфера. Когда они повзрослеют и окажут сильное влияние, они начнут соответствовать гипотезе Мира Маргариток.
Целью авторов является изучение того, как информация передается между биосферой и планетарной средой. Для этого они смоделировали потенциальные условия на экзопланетах М-карликов и разработали уравнения, описывающие совместную эволюцию маргариток на этих мирах с их планетарной средой. Они создали то, что они называют «информационным повествованием» для exo-Daisy Worlds (eDW).
Обычно гомеостатическая обратная связь в ДВ опирается на физические величины, такие как потоки радиации, альбедо и доли растительного покрова. Это физический рассказ. Тем не менее, исследователи использовали теорию семантической информации, чтобы получить дополнительную информацию, основанную на том, как передается информация. В своей работе SIT фокусируется на корреляциях между агентом — биосферой — и окружающей средой, а также на том, какую пользу эти корреляции приносят агенту.
Их модель показала, что по мере увеличения светимости звезд корреляции между биосферой и ее средой усиливаются. Корреляции соответствуют различным этапам обмена информацией между ними. Это приводит к идее контроля поводом, контроля, осуществляемого флорой посредством положительных и отрицательных различий ее альбедо по сравнению с голой землей. Так биосфера оказывает регулирующее влияние на климат планеты. В их информационном повествовании планетарные температуры более ограничены «на более холодных и более теплых границах терпимого температурного диапазона».
Не вся информация, которая передается между биосферой и окружающей средой, актуальна. Биосфера не использует все это, потому что некоторые из них не помогают биосфере сохранять контроль. Авторы говорят, что, анализируя всю эту информацию в соответствии с теорией информации, они могут определить, какая информация, когда и как, способствует ее собственной жизнеспособности.
Модель Daisy World поучительна, но это игрушечная модель. Например, он не включает стохастические события, такие как извержения вулканов. Но большой вопрос: как это связано с экзобиосферой?
Авторы говорят, что их работа показывает потенциал использования таких подходов, как SIT, для понимания того, как экзопланеты и их биосферы эволюционировали совместно, как на Земле. Потребуются более реалистичные модели, включающие больше сложных сетей взаимодействий между живыми и неживыми системами экзопланеты. Биосфера обрабатывает информацию так, как этого не делают неживые системы, поэтому информационно-ориентированные системы могут скрывать агностические биосигнатуры так, как это не могут сделать физические или химические модели.
«В результате следующим шагом в нашей исследовательской программе станет применение SIT и других теоретико-информационных подходов к более сложным моделям связанных планетных систем», — заключают авторы.
