Какими должны были быть физические условия на Земле, Солнце и в Солнечной системе для образования биосферы на нашей планете? Какие галактические факторы повлияли на происхождение жизни? Существует ли жизнь за пределами Земли? На эти и другие научные вопросы в рамках просветительского фестиваля Science Bar Hopping ответила кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела физики Солнца и солнечно-земных связей Института земного магнетизма и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН Мария Рагульская.
«В научном сообществе доминирует точка зрения, что жизнь — прежде всего глобальное явление. И если подойти к вопросу ее реконструкции, не рассматривая только антропогенный принцип, то создать жизнь можно на многих планетах, поскольку физических и химических ограничений на этот счет нет», — рассказала эксперт.
Солнечная активность и жизнь
Биосфера Земли перерабатывает такое количество Солнечной энергии, которое превышает в 30 раз энергию тектонических и вулканических процессов и практически равна всей тепловой энергии из недр Земли. В одиннадцатилетний период изменения солнечной активности вклад Солнца в развитие биосистем и в климат равен 10%. В 250-летний период этот вклад вырастает до 70%.
Нашей жизни присуща хиральность
Жизнь основана на углероде и воде. Для построения этой сложной структуры требуется химическая основа и растворитель. Генетический код земной жизни — не единственный биохимически возможный. Как растворитель подойдет жидкий аммиак и серная кислота, а бор или азотные связи при высоких температурах заменят углерод. Человек состоит из молекул определенной хиральности, тоже неисключительной. Хиральность — свойство молекулы не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением. «Хиральность, как перчатки — левая и правая. Если молекула закручена в одну сторону, то никаким перемещением в пространстве в другую ее нельзя перевернуть. Неверно утверждать, что во Вселенной не могут реализоваться жизненные процессы, как на Земле, но в обратную сторону закрученные. Неизвестно по какой причине на нашей планете осуществился только один вариант. Этим научным вопросов занимаются ученые, которые изучают происхождение жизни. То есть мало собрать молекулу, необходимо обеспечить процесс, разделяющий правое от левого и накапливающий подходящий вариант для жизни. И, как не парадоксально, такой процесс обеспечивало нам молодое Солнце с его излучением» — рассказала эксперт.
Где искать жизнь?
Ранний период развития жизни на Земле отличался от современного периода: химическим составом океанов, атмосферой, температурой, расположением планет и активной метеоритной бомбардировкой. Начинать поиски происхождения жизни следует с того времени, когда химический состав Вселенной стал примерно таким же, какой он сейчас — это 7,8 миллиардов лет назад. В этот период появились первичные жизненно важные тяжелые элементы — углерод и вода. Эти элементы нашего тела — остатки прогоревших звезд. Мы все состоим из звездного вещества. То есть примерно половину своей жизни Солнце, Земля и Солнечная система были в совершенно других условиях, а не в тех, к которым привыкло человечество. Достоверная жизнь на Земле — та, которую можно обнаружить в ископаемых, — 3,8-4 миллиарда лет назад. Ученые не могут утверждать, что раньше жизни не было, поскольку практически не сохранилось пород древнее этого возраста. Более древнюю информацию можно получать из метеоритов.
Как родилась солнечная система?
Солнечная система формировалась примерно 900 миллионов лет. Она рождалась в плотном звездном скоплении похожих звездных систем. Появлялись они после вспышек сверхновых звезд. Возможно, падение метеоритов было связано с тем, что системы расходились и обменивались метеоритным веществом.
Галактическая жизнь
В галактической межзвездной среде найдено множество сложных органических веществ, из которых состоят живые организмы. Галактические облака, через которые проходят космические лучи, — огромный источник органики. Современные ученые обнаружили более 200 таких веществ. Перед учеными стоит сложная задача — расшифровать эти данные.
Ранний Марс — оазис для жизни
На раннем Марсе первые полмиллиарда лет были все условия для зарождения и развития жизни, в то время как на Земле таких процессов не было. На молодой планете были океаны с большим запасом воды, атмосферой и теплым климатом. Однако Марс — маленькая планета и находится далеко от Солнца. Еще есть такое понятие, как «солнечный ветер» — поток ионизированных частиц из солнечной короны. Этот поток сорвал атмосферу Марса. Большая часть метеоритов, которая долетает до нас, — марсианские. Если на планете и была жизнь, то она перемещались от Марса к Земле, а не наоборот.
Солнце: тогда и сейчас
Раннее Солнце и современное не равны между собой. На Солнце было намного больше пятен, и его светимость была значительно ниже — 70% от нынешнего состояния. Звезда постепенно разгоралась (к сегодняшнему дню светимость возросла в полтора раза), но при этом вспышки на Солнце были очень активны. Масса раннего Солнца — до 103%, период вращения — от 6 до 10 дней. Интенсивность происходящих процессов была в сто раз выше нынешнего уровня.
В поисках планеты для жизни
Для выживания биосфере нужны: жидкая вода на космическом объекте в течение длительного геологического периода, органические соединения, источники энергии для биохимических процессов и защитная оболочка. Цель ученых — найти места, защищенные от излучения и где могла бы сохраниться вода. Жизнь не ищут в моносреде. Ученые считают, что жизнь образуется, благодаря квинтэссенции трех фаз: жидкая, газообразная и твердая.
«Между биологами и геологами идет большой спор о том, куда можно высаживать космические миссии для поиска биосферы на Марсе. Геологи утверждают, что на самые древние породы. Биологии, напротив, считают, что при том излучении, которое было миллиарды лет, этих пород не осталось. Биологии доказывают, что на Марсе до сих пор квазипериодический тип атмосферы. Время от времени Марс меняет ось планеты, и его полярные шапки тают. Возможно, раз в 120 тысяч лет на несколько недель на Марсе появляется вода. Земные организмы могут продержаться 120 тысяч лет в анабиозе. Если раз в 120-титысячилетний период на Марсе появится вода, несколько недель будет достаточно, чтобы организмы успели ожить, произвести жизненный цикл, оставить потомков и после ожидать следующие 120 тысяч лет», — рассказала эксперт.
Жизнь ищут и на Венере. При условиях давления и температуры Венеры, можно получить вместо углерода химические соединения на основе азота, а сверхкритический флюид углекислого газа будет исполнять роль воды. Ученые могут написать реакции теоретически, но не могут проверить их в земных условиях. Необходимо построить завод размерами в несколько планет. Земля мала для лабораторий по производству таких веществ. Но в космосе эти эксперименты вполне возможны.
На 10.03.2019 год достоверно подтверждено существование 4011 экзопланет в 2996 планетных системах. Среди них земного типа — от 5%.
Основной лимитирующий фактор поисков жизни — радиационное излучение материнской звезды или газовых планет-гигантов. Биосфера может приспособиться ко всему: выдержать высокие температуры, найти химические вещества и источники энергии. Однако биосфера не способна выдержать сильное воздействие радиационных лучей.
«Земная форма жизни — не единственная биохимически возможная. Колыбелью жизни могут быть как молекулярные галактические диски и экзопланеты, так и вулканы и океаны Земли, Марса и малых планет и планет-гигантов. Так сможет ли человечество идентифицировать такую жизнь, если случайно найдет ее в своих космических миссиях?», — завершила Мария Рагульская.
