Исследователи по всему миру давно пытаются ответить на один вопрос: есть ли жизнь на других планетах, и если да, то, как мы ее найдем? Столкнувшись с тысячами планет, которые предстоит исследовать за пределами нашей Солнечной системы, ученым нужен способ предсказать, на каких экзопланетах с наибольшей вероятностью может обитать жизнь. Это крайне трудно, ведь их прогнозы должны основываться на наблюдениях, которые должны быть сделать на гигантских расстояниях, и должны учитывать такие параметры экзопланеты, как размер, масса и состав ее атмосферы.
В недавней публикации в «Астрофизическом журнале» учёный-планетолог Чикагского университета Стефани Олсон представила новую модель, которая предсказывает, как схемы циркуляции океанов могут влиять на благоприятность жизни на этой планете. Эти факторы могут направлять ученых в поисках жизни в других мирах, и результаты исследований показывают, что поиск планеты, точно такой же, как Земля, может не привести нас к наиболее вероятным местам, где существует инопланетная жизнь.
«Небольшое количество предыдущих работ по океанам экзопланет было сосредоточено главным образом на их воздействии на климат», - сказал соавтор и доцент Чикагского университета Дориан Эббот. «Это исследование начинает процесс оценки влияния циркуляции океана на круговорот питательных веществ, биологическую продуктивность и, возможно, обнаруживаемость жизни на экзопланетах».
Схемы циркуляции могут оказать существенное влияние на жизнеспособность жизни в океане. Большая часть жизни в океане на планете Земля существует в верхнем слое, который получает солнечный свет для поддержки фотосинтезирующих организмов и обменивается газами с атмосферой. Этот смешанный слой постоянно теряет питательные вещества в более глубоких и более мягких областях океана, поскольку мертвые организмы разрушаются под действием силы тяжести.
Возврат этих питательных веществ в поддерживающий жизнь смешанный слой зависит от процесса, известного как апвеллинг. Апвеллинг происходит в определенных местах, где ветер приводит к тому, что поверхностные воды расходятся, а глубокие воды поднимаются, чтобы заменить их, принося с собой питательные вещества, которые питают жизнь.
«Если вы посмотрите на жизнь в наших океанах, она в основном сконцентрирована в регионах, где наблюдается подъем», - сказал Олсон, докторант кафедры геофизических наук.
Олсон использовал модель, чтобы исследовать, как небольшие изменения в наблюдаемых признаках, таких как размер планеты или скорость вращения, могут существенно повлиять на количество апвеллинга в океане экзопланеты и, таким образом, благоприятствовать или ухудшать жизнь на поверхности океана.
«Мы обнаружили, что планеты, которые вращаются медленнее, чем Земля, имеют более высокое поверхностное давление, чем Земля, и имеют более соленые океаны, чем Земля, - все они могут испытывать больший подъем. Это может привести к более активной фотосинтетической жизни и в конечном итоге может проявиться как более детектируемая фотосинтетическая жизнь», - сказал Олсон. «Это те типы планет, которым мы должны уделять первоочередное внимание для исследований по обнаружению жизни».
Эти результаты противоречат общему мнению относительно расстановки приоритетов экзопланет: наш лучший шанс найти жизнь - найти экзопланету с максимально возможным количеством похожих на Землю особенностей.
«Это исследование мотивирует расширение нашего поиска за пределы аналогов Земли и рассмотрение вопроса о том, могут ли быть планеты, которые могут быть лучшими хозяевами для жизни, чем сама Земля», - сказал Олсон.
В частности, Олсон обнаружил, что некоторые особенности экзопланет, которые отличаются от Земли, могут привести к увеличению количества газовых признаков биологической активности в атмосфере, таких как кислород и метан, что облегчает обнаружение жизни на этих планетах издалека.
В дополнение к информированию о поиске жизни на других планетах модель Олсона также может предоставить информацию о характере циркуляции океана на Земле и дать представление о прошлом и будущем жизни на нашей планете.
На протяжении истории Земли скорость вращения, поверхностное давление и яркость Солнца менялись. Модель Олсона предполагает, что все эти изменения увеличили апвеллинг во времени и, возможно, способствовали процветанию жизни в наших океанах.
Кроме того, Олсон был удивлен, обнаружив, что увеличение солености - количество соли, растворенной в нашем океане - может резко повлиять на климат Земли. Ее модель обнаружила, что если мы удвоим количество соли в нашем океане, это приведет к таянию всего морского льда и потеплению планеты на 6 градусов Цельсия.
«Если разность солености так важна для климата планеты, то соленость океана - это то, о чем нам действительно нужно думать с точки зрения эволюции климата нашей собственной планеты», - сказал Олсон.
Модель Олсона предсказывает это и другие удивительно выраженные изменения в океанской циркуляции и климате, слегка изменяя характеристики планеты, подобной Земле, по одному параметру за раз. Существует потенциал для более драматических воздействий, если параметры изменяются в тандеме, чтобы более точно отражать, как характеристики экзопланеты могут отличаться от Земли, открывая почти безграничные сценарии для исследования.
«Океаны - действительно динамичные места обитания, и мы только что приоткрываем завесу тайн», - сказал Олсон. «Мое видение состоит в том, что люди будут в восторге от этого и будут продолжать работать и исследовать еще более экзотические возможности».