Для астрономов, пытающихся понять, какие далекие планеты могут иметь подходящие для жизни условия, роль атмосферной дымки оставалась загадкой. Чтобы разобраться в этом, команда исследователей обратила свой взор на Землю, а конкретно на Архейский эон – эпический 1,5 миллиардный период ранней истории нашей планеты.
В то время атмосфера Земли, кажется, была совсем другой, с небольшим количеством кислорода, но с высоким содержанием метана, аммиака и других органических веществ. Геологические данные свидетельствуют о том, что дымка периодически приходила и уходила из Архейской атмосферы.
«Мы хотим сказать, что Земля в эпоху Архея является наиболее «чужой» планетой, для которой у нас есть геохимические данные», – сказала Джиада Арни из Института астробиологии NASA.
Исследователи показали, что при определенных условиях дымка атмосферы планеты может способствовать трансформации органических молекул в молекулы, предшествующие зарождению жизни. Кроме этого, она способна рассеивать большую часть вредоносного ультрафиолетового излучения, которое может разрушить ДНК.
И наоборот, при неблагоприятном стечении обстоятельств дымка может стать настолько густой, что лишь малая часть звездного света будет проникать сквозь нее. В этой ситуации поверхность планеты замерзнет. Если бы дымка на Земле в Архейский эон была бы очень плотной, это могло бы иметь важные последствия, так как в начале этого периода, около 4 миллиардов лет назад, Солнце было тусклее и испускало примерно 80% света от того, что мы видим сегодня.
Арни и ее коллеги провели сложное компьютерное моделирование, чтобы посмотреть, как атмосферная дымка влияет на температуру поверхности Земли в эпоху Архея, и как в свою очередь это сказывается на химическом составе атмосферы.
Моделирование показало, что при плотной дымке меньше солнечного света проходило бы сквозь нее, что уменьшило бы количество управляемых им химических реакций, необходимых для формирования еще более густой дымки. Это привело бы к приостановке формирующих дымку реакций и предотвратило бы обледенение нашей планеты.
Команда назвала это «самоограничение атмосферной дымки» и их работа является первой, показавшей, что данный процесс был свойственен Земле в эпоху Архея. Исследователи пришли к выводу, что самоограничение дымки могло охладить планету в тот период примерно до 2 градусов по Цельсию. Достаточно, чтобы спровоцировать глобальные изменения, но не заморозить поверхность.
«Планета, похожая на Землю архейском периоде, на орбите молодой солнцеподобной звезды будет холодной», – пояснил Шон Домагал-Голдман из Центра космических полетов имени Годдарда NASA.
Такая планета все же может считаться пригодной для жизни, даже если ее средняя глобальная температура ниже ноля, но до тех пор, пока на ней присутствует некоторое количество жидкой воды на поверхности.
В следующем моделировании команда Арни рассмотрела планеты со схожей с земной плотностью дымки в эпоху Архея , вращающиеся вокруг разных типов звезд .
«Родительская звезда контролирует формирование дымки, и, следовательно, влияет на обитаемость планеты», – сказала Виктория Мидоуз, профессор астрономии в Вашингтонском университете.
Моделирование показало, что некоторые звезды испускают так много ультрафиолетового излучения, что препятствует формированию дымки, вследствие чего планеты не охлаждаются. Тусклые звезды, такие как M-карлики, излучают в основном на длинах волн, которые проходят через атмосферную дымку. Планеты на их орбитах немного охлаждаются, но незначительно.
«Для правильного типа звезд наличие дымки в атмосферах планет может служить сигналом, что экзомир хороший кандидат для поиска жизни. Наша работа может оказаться очень полезной, поскольку мы пытаемся уточнить параметры и свойства планет, которые потенциально обитаемы», – заключила Джиада Арни.
