Стареющие звезды, которые становятся красными гигантами, увеличивают свою светимость и могут нанести ущерб планетам, которые когда-то находились в обитаемых зонах звезды. Когда Солнце станет красным гигантом и расширится, его обитаемая зона сдвинется дальше, а это означает, что Земля, скорее всего, потеряет свою атмосферу, воду и жизнь. Но для планет, находящихся дальше, их пребывание в обитаемой зоне только начинается.
Достаточно ли времени для возникновения жизни на этих новых обитаемых планетах?
Хотя существует множество способов определения обитаемости, большинство исследователей основывают ее на условиях, подобных земным. Планета, получающая необходимое количество энергии от своей звезды, может содержать жидкую воду, если на ней созданы подходящие атмосферные условия. Пригодность Земли для жизни сохранялась на протяжении миллиардов лет, пока Солнце проводит время в главной последовательности.
Но звезды стареют. Звезды главной последовательности начинают исчерпывать топливо и входят в гигантскую ветвь. Их светимость растет, нагревая планеты и спутники, которые ранее были заморожены, и позволяя жидкой воде сохраняться на их поверхности. Это создает период обитаемости. Поскольку светимость звезды продолжает увеличиваться, эти планеты станут слишком теплыми, что положит конец их обитаемости. Но ситуация не остается такой надолго. В конце концов звезда входит в горизонтальную ветвь, и ее светимость снова уменьшается. В течение этого периода времени обитаемая зона снова смещается внутрь, и эти ранее замороженные внешние миры могут войти во второй период обитаемости.
Новое исследование рассматривает эти смещающиеся обитаемые зоны, а также планеты и спутники, попавшие в них. Его название — «Множественные обитаемые фазы на внешних экзосолнечных мирах». Он опубликован в The Astrophysical Journal, а ведущий автор — Виктор Спаррман, астрофизик-теоретик с факультета физики и астрономии Уппсальского университета, Швеция.
«Время существования внешних миров с пригодным для жизни климатом на поверхности является ключевым моментом в оценке возможности возникновения внеземной жизни», — пишут авторы. Чтобы понять эти периоды обитаемости, авторы используют термин «Время в обитаемой зоне» (TIHZ). «Время внутри обитаемой зоны (TIHZ) рассчитано для внешних миров, вращающихся на расстоянии от 5 до 45 а.е. вокруг звезды, подобной Солнцу».
На примере нашей Солнечной системы авторы показывают, как повышенная инсоляция может изменить обитаемую зону по мере продвижения Солнца по своему эволюционному пути. По мере того, как внутренняя обитаемая зона и внешняя обитаемая зона меняются, планеты входят в них и выходят из них.
Затем авторы сравнивают TIHZ с предполагаемым временем, которое потребовалось для появления жизни на Земле. Могут ли некоторые из этих внешних миров иметь достаточное время TIHZ для появления жизни? Да, согласно этому исследованию. «Для каждого внешнего мира обнаружено несколько обитаемых фаз», — говорится в документе.
Исследователи рассчитали как оптимистическое, так и консервативное время для планет Солнечной системы, находящихся в обитаемой зоне. Некоторые планеты проходят через обитаемые зоны несколько раз.
Исследователи обнаружили, что в некоторых внешних мирах есть вторичные фазы обитаемости, которые превышают продолжительность первичной фазы. Но это только в том случае, если вода не исчезнет за время между двумя фазами. Вполне возможно, что неконтролируемые тепличные условия могут привести к исчезновению достаточного количества воды, чтобы свести на нет обитаемость на вторичной стадии.
Но результаты команды показали, что весьма маловероятно, что миры, столь удаленные от Солнца, как Сатурн, потеряют достаточно воды, чтобы уничтожить обитаемость. «На орбитальном расстоянии от Сатурна ни один из гипотетических внешних миров не теряет столько воды, сколько земные океаны, если использовать модели солнечной эволюции PARSEC или Дартмут», — объясняют авторы.
Исследования показывают, что как отдельные TIHZ, так и общие TIHZ планет уменьшаются по мере увеличения орбитального расстояния. Но в нашей Солнечной системе общая площадь поверхности и водный баланс внешних планет превышает таковые у внутренних планет. Что это значит для обитаемости?
«Если жизнь зародилась на мелководье на поверхности Земли, то большая площадь поверхности может увеличить вероятность возникновения жизни, в зависимости от запасов поверхностных вод», — объясняют исследователи в своей статье. «Жизнь, зародившаяся на мелководье, поддерживается УФ-излучением, являющимся источником энергии, способным обеспечить достаточно высокую энергию активации для запуска процессов пребиотических реакций».
Но вот животрепещущий вопрос: достаточно ли времени для появления жизни на этих внешних планетах, пока они проводят время в обитаемых зонах? По мнению авторов, здесь есть две части. Один из них — это количество времени, в течение которого планета станет пригодной для жизни, что, проще говоря, означает появление поверхностных вод, а другой — сколько времени потребуется для появления жизни.
Единственный способ выяснить это — сравнить с нашими лучшими оценками того, сколько времени потребовалось жизни, чтобы появиться на Земле. «В настоящее время самыми старыми окаменелостями являются строматолиты, датируемые 3,5–3,8 млрд лет назад», — пишут авторы. «Используя это консервативное определение, время возникновения жизни на Земле составит ?1 млрд лет, поскольку возраст Земли составляет 4,5 млрд лет». Возможно, жизнь появилась раньше, но доказательства не пережили тектоническую переработку планеты.
К сожалению, результаты показывают, что TIHZ для внешних планет меньше верхней границы того времени, которое, по нашему мнению, потребовалось для развития жизни на Земле. «Пессимистично, если принять эту верхнюю границу за предел, маловероятно, что жизнь образуется в каком-либо из этих внешних миров», — объясняют авторы.
Но существует множество внешних миров. Каждый из них представляет собой отдельную возможность для возникновения жизни. Лун еще больше. Как это влияет на результаты? Здесь все становится еще мрачнее.
«ГЗ — это конструкция, которую следует интерпретировать как зону, где вероятность существования жизни повышена», — пишут исследователи. Любые миры, которым посчастливилось оказаться вблизи центра HZ, больше похожи на Землю и с большей вероятностью могут дать начало жизни. «Трудно оценить, будут ли миры на краях HZ более или менее склонны содержать жизнь», — объясняют они.
Вполне вероятно, что жизнь могла возникнуть в этих внешних мирах на границах обитаемых зон. Основная проблема в том, что мы не знаем, сколько времени потребовалось, чтобы жизнь возникла здесь, на Земле. А поскольку внешние планеты также больше, у них больше доступной площади поверхности и больше возможностей для активации искры жизни.
Но что, если жизнь путешествует на кометах, астероидах и даже в пыли и постоянно распространяется посредством панспермии? Сократит ли это время? Авторы не затрагивают эту тему; во многом это предположение.
«Учитывая множество внешних миров, возможность формирования жизни на любом из них во время любой из их TIHZ достаточна, чтобы оправдать рассмотрение при поиске внеземной жизни», — заключают авторы.
