Нам повезло, что жизнь на Земле существует так долго

Эволюции потребовалось около 4 миллиардов лет, чтобы появились мы, Homo sapiens. За это время случилось несколько вымираний, когда количество видов на Земле падало в разы — и, возможно, мы своими руками устраиваем очередной геноцид. Однако за всю историю нашей планеты линия жизни на ней не прерывалась — иначе мы бы просто не существовали. Но как так получилось, что Земля оказывалась пригодной для жизни в течение миллиардов лет? Является ли это нормой для Вселенной, или наша планета особенная?

Это далеко не самые тривиальные вопросы. Текущее глобальное потепление показывает нам, что климат может значительно измениться в течение даже нескольких столетий. В геологическом временном масштабе изменить климат еще проще: хватит всего пары миллионов лет, чтобы вся Евразия покрылась мощным ледовым щитом — или наоборот, чтобы на Гренландии выросли пальмы.  

Мы также знаем, что Солнце стало на 30% ярче с тех пор, как на нашей планете зародилась жизнь. Теоретически это должно было привести к неконтролируемому парниковому эффекту, который превратил бы нашу планету в аналог Венеры с температурами на поверхности в несколько сотен градусов, что сделало бы жизнь невозможной. Однако Земля тогда смогла «выкрутиться», и живые существа продолжили на ней процветать. Почему же нашей планете так везет?
Ученые выдвинули две основные теории. Во-первых, Земля может обладать чем-то вроде внутреннего термостата — механизмом (или механизмами) обратной связи, который предотвращает фатальные изменения климата, регулируя температуру в приемлемых для жизни рамках.

Пепел и дым от извержения супервулкана могут существенно снизить температуру по всей Земле, вызвав тем самым массовое вымирание.

Во-вторых, во Вселенной огромное количество планет, и, возможно, некоторым просто повезло, и Земля — ??одна из них. Это предположение стало более правдоподобным благодаря открытиям в последние десятилетия большого числа планет за пределами нашей Солнечной системы.

Астрономические наблюдения за далекими звездами говорят нам, что у многих из них есть планеты, и что часть таких экзопланет имеют размеры, плотности и орбитальные расстояния, подходящие для жизни, что делает ее там теоретически возможной. Было подсчитано, что только в нашей галактике Млечный путь существует не менее 2 миллиардов таких планет-кандидатов.

Разумеется, у нас пока нет способа изучить эти экзопланеты вблизи — ближайшая к нам звездная система Центавра находится в 4 световых годах, что для нас просто недостижимо. Поэтому Тоби Тиррелл, профессор наук о Земле в Саутгемптонском университете, решил обратиться к моделированию.

Используя компьютерную программу, предназначенную для моделирования эволюции климата на планетах в целом (не только на Земле), Тиррелл сгенерировал 100 000 планет, каждая из которых имеет случайный набор климатических обратных связей. Климатическая обратная связь — это процесс, который может усиливать или уменьшать изменение климата. Например, при таянии морского льда в Арктике, который хорошо отражает свет, образуется вода, которая его отлично поглощает и, тем самым, вызывает повышение температуры и еще большее таяние льда.

Экзопланет, схожих с Землей, в космосе хватает. Но каков их шанс иметь жизнь?

Чтобы выяснить, насколько вероятно, что каждая из этих разнообразных планет останется пригодной для жизни в течение огромных (геологических) временных масштабов, Тиррелл смоделировал каждую из них по 100 раз. Каждый раз виртуальная планета начинала свое существование с разной начальной температурой и подвергалась случайному набору климатических явлений.

Эти явления представляют собой факторы, изменяющие климат, такие как извержения супервулканов (способные серьезно понизить температуру на всей планете) или столкновения с астероидами (в том числе и такими, которые способны вызвать массовые вымирания). Во время каждой из 100 модуляций температура планеты отслеживалась до тех пор, пока она не становилась слишком высокой или слишком низкой для жизни. Если же планете удавалось выжить в течение 3 миллиардов лет — тест для нее считался пройденным.

Результаты моделирования оказались весьма интересными и пролили свет на важность климатической обратной связи и... удачи. Очень редко (фактически, только один раз из 100 000) виртуальная планета имела достаточно ??сильную стабилизирующую обратную связь, что оставаться пригодной для жизни все 100 раз, независимо от случайных климатических явлений. Фактически, большинство планет, которые хотя бы один раз оставались пригодными для жизни, делали это менее десяти раз из 100.

Результат двух моделирований 1000 планет с разными начальными условиями. Как видно, сохранить жизнь на протяжении 3 млрд лет удалось лишь десятку планет, а в двух моделированиях сразу — и вовсе единицам.

Почти каждый раз в моделировании, когда планета оставалась пригодной для жизни в течение 3 миллиардов лет, отчасти это зависело от удачи. В то же время одной удачи оказалось недостаточно. Планеты, которые были специально спроектированы без обратных связей, никогда не оставались обитаемыми в течение такого срока.

Разумеется, нужно понимать, что это лишь результат работы компьютера, пусть и моделирование было проведено максимально тщательно по современным меркам. И, тем не менее, по нему следует, что Земля должна обладать некоторыми обратными связями, стабилизирующими климат, но, в то же время, должно быть, удача также способствовала тому, чтобы она оставалась обитаемой.

Если бы, например, катаклизмы прошлого, такие как падения астероидов или солнечные вспышки, были бы немного больше, или же происходили в другие (более критические) времена, то нас, вероятно, просто не существовало бы сегодня на Земле. Это дает нам другой взгляд на то, почему мы можем оглянуться назад на замечательную и чрезвычайно обширную историю Земли, в которой жизнь развивалась, становилась разнообразнее и сложнее до такой степени, пока не появились мы.