Сочетание кислорода и метана может указать на жизнь на другой планете

В поисках жизни во Вселенной учёные используют Землю как шаблон для биологических и эволюционных процессов. Однако атмосфера Земли значительно эволюционировала с течением времени. Последние 500 миллионов лет, известные как фанерозойский эон, были особенно важны для эволюции атмосферы и наземных видов, но соответствующие спектры пропускания отсутствуют в поисках признаков жизни в атмосферах экзопланет.

Чтобы восполнить этот пробел, команда исследователей из Корнеллского университета под руководством Ребекки Пейн и Лизы Кальтенеггер создала симуляцию атмосферы Земли в течение фанерозойского эона. Их исследование опубликовано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Переход к характеристике экзопланет

Изучение экзопланет переходит от открытия к характеристике. Современные телескопы, такие как James Webb Space Telescope (JWST), способны получать спектры атмосфер экзопланет. Это можно сделать методом прямого изображения или с помощью спектров пропускания, анализируя свет, прошедший через атмосферу планеты во время транзита.

На сегодня известно около 35 каменистых экзопланет в обитаемых зонах своих звёзд. Анализ их атмосфер теперь возможен, но учёным нужно знать, что искать.

Моделирование атмосферы фанерозоя

Исследователи смоделировали спектры пропускания для Земли в течение пяти 100-миллионолетних интервалов фанерозойского эона, используя климатические модели GEOCARB и COPSE. Ключевым параметром было содержание кислорода, которое выросло с примерно 10% в начале эона (кембрий) до 35% к его концу (неоген).

Результаты: более выраженные биосигнатуры

Анализ показал, что химические признаки жизни в атмосфере Землеподобной экзопланеты в фанерозое были более выраженными, чем для современной Земли.

"Во время фанерозоя... две ключевые пары биосигнатур — кислород и метан, а также озон и метан — выглядели сильнее около 300 миллионов лет назад, когда уровень кислорода был значительно выше", — пояснила Лиза Кальтенеггер.

Повышенный уровень кислорода, по мнению учёных, был предпосылкой для эволюции сложной жизни, включая динозавров, млекопитающих и гоминид. "Световой отпечаток" такой атмосферы был бы заметнее современного земного.

Поддержка другими исследованиями

Это исследование подтверждается другой работой, в которой команда из Дартмутского колледжа (соавтором которой была Кальтенеггер) создала алгоритм для идентификации потенциальных биосигнатур на Землеподобных планетах, протестировав его на разных эпохах эволюции атмосферы.

Значение для астробиологии

Созданные модели и инструменты предоставляют шаблон для поиска планет на различных стадиях обитаемости.

"Таким образом, для идентификации потенциально обитаемых миров было время, когда этот отпечаток жизни был ещё более выраженным, чем сейчас — и это было во времена царствования динозавров... Юрские миры... могут дать нам немного больше шансов его найти", — резюмировала Кальтенеггер.

Полная модель и спектры высокого разрешения доступны онлайн в качестве инструмента для планирования и интерпретации наблюдений.