Kaip atrodytų Žemė, jei ji skrietų aplink kitą žvaigždę?

Mūsų egzistavimą lemia tai, kiek šviesos ir spinduliuotės gauname iš Saulės. Jei Žemė skrietų aplink kitą žvaigždę, mūsų „gyvybės“ samprata smarkiai pasikeistų.

Šią idėją iliustruoja neseniai atliktas tyrimas, kuriame nagrinėjamas ryšys tarp fotosintezės, spalvos ir nežemiško gyvenimo medžioklės.

Fotosintezės metu augmenijos ląstelės perima anglies dioksidą ir energiją iš Saulės ir gamina cukraus molekules bei deguonį. Fotosintezė savo ruožtu palieka aiškų ženklą ant Žemės atspindėtų bangų ilgių, vadinamų „raudonuoju kraštu“.

Žurnale „Frontiers in Astronomy and Space Sciences“ paskelbtame dokumente teigiama, kad kitose planetose raudonas kraštas nebūtų raudonas – jei tose planetose nėra gyvybės. Mokslininkams ieškant planetų, galinčių priimti svetimą gyvybę, stebint planetų bangų ilgio spalvą gali būti aiškus požymis, kad už Žemės egzistuoja gyvybė.

Ką reikia žinoti pirmiausia?

Maždaug prieš 3 milijardus metų gyvenimas Žemėje buvo labai kitoks nei šiandien.

Tuomet vieninteliai gyvi daiktai buvo mikrobai – kaip bakterijos. Tam tikros rūšies bakterijos, melsvadumbliai, sukūrė unikalią adaptaciją: ji galėjo gaminti energiją iš saulės spindulių ir tapo pirmuoju fotosintezės organizmu.

Prieš cianobakterijas Žemės atmosfera buvo netinkama gyvybei. Fotosintezės metu cianobakterijos gamino deguonį – transformuodamos Žemės atmosferą ir atverdamos kelią vis sudėtingesnėms būtybėms, tokioms kaip augalai, grybai ir galiausiai gyvūnai.

Dėl fotosintezės Žemės paviršius yra padengtas žalia augmenija. Ši žalia spalva yra raktas į patrauklų procesą: matomos šviesos spektre – elektromagnetinio spektro dalyje, kurią gali matyti žmogaus akis – ji visada šiek tiek atspindi žalius fotonus.

Tačiau už jos ribų, matomuose beveik infraraudonųjų spindulių bangose, augmenija atspindi raudoną spalvą-tai vadinama „raudonu kraštu“. Taip yra dėl to, kad žali paviršiai sugeria raudonus fotonus.

Tai laikoma spektriniu biosignatu ir rodo planetos augalijos buvimą. Mokslininkai mano, kad tai galėtų būti pavyzdys aptikti biosignatūras į Žemę panašiose egzoplanetose.

„Jei fotosintezuojantys organizmai aplink kitas žvaigždes turi panašias į kraštą panašias spektrinio atspindžio savybes, galime tikėtis, kad raudonojo krašto analogai atsiras optimalios pigmento absorbcijos ilgo bangos pusėje“, – rašo tyrimo komanda.

Kas naujo?

Tyrimo komanda norėjo pamatyti, kaip šis efektas atrodytų skirtingose planetose, besisukančiose aplink skirtingų tipų žvaigždes.

Norėdami tai padaryti, jie sukūrė Žemės modelį, jei jis skriejo aplink skirtingas žvaigždes, kad nuspėtų, kaip atrodys svetimi pasauliai su gyvais organizmais.

Saulė yra geltona nykštukinė žvaigždė, kas sekundę paverčianti energija apie 4 milijonus tonų medžiagos.

Temperatūros mažėjimo tvarka nuo O, B, A, F, G, K ir M. yra septyni pagrindiniai žvaigždžių tipai.

Modeliai Žemės, skriejančios aplink F tipo žvaigždes, linkę labiau atspindėti mėlyną spalvą, o tos, kurios skrieja aplink G, K ir ankstyvąsias M tipo žvaigždes-raudoną.

„Būsimi egzoplanetų stebėjimai gali ieškoti vegetatyvinio raudonojo krašto atitikmens, spektrinio parašo dėl aštraus fotosintezinių organizmų atspindžio švytėjimo“, – pastebi komanda.

Kodėl tai svarbu?

Nuo 1992 m., Kai buvo aptikta pirmoji egzoplaneta, mokslininkai aptiko daugiau nei 4000 šių svetimų pasaulių. Naudodami į Žemę nukreiptus ir kosminius teleskopus, astronomai stebi egzoplanetas, ieškodami gyvybės ženklų.

Mokslininkai, ieškantys gyvybės už Žemės ribų, ieško gyvenamosios aplinkos kitose planetose ar biosignatuose – tam tikrų cheminių medžiagų, kurias galėjo pagaminti tam tikra praeities ar dabarties gyvybės forma, nesvarbu, ar tai būtų mikrobai, ar svetimos žuvys.

Tačiau naujasis tyrimas prideda naują būdą aptikti galimą gyvybę svetimose planetose bangų ilgio forma, kurią atspindi fotosintezės procesas.

Būsimieji ateivių medžiotojai dabar gali ieškoti Žemės „raudonojo krašto“ atitikmens kitose į Žemę panašiose planetose, turinčiose panašias gyvybės formas.

Santrauka

Ieškant gyvybės kitose planetose, fotosintezės paviršiaus augmeniją galima aptikti pagal jos atspindėtas šviesos spalvas. Šiuolaikinėje Žemėje šiam spektriniam atspindžiui būdingas staigus atspindžio padidėjimas tarp raudonos ir artimos infraraudonųjų spindulių bangos ilgio, parašas žinomas kaip „raudonas kraštas“. Šis į kraštą panašus parašas atsiranda esant maksimalios fotonų absorbcijos bangos ilgiui, kuris yra fototrofo pritaikymo prie jų spektrinės aplinkos rezultatas. Planetose, besisukančiose aplink skirtingus žvaigždžių tipus, raudonojo krašto analogai gali būti kitokių spalvų nei raudona. Taigi, norint nustatyti raudonojo krašto analogus kitose planetose, būtina žinoti bangų ilgius, kuriais fotosintezės organizmai pirmiausia sugeria ir atspindi fotonus. Naudodamiesi skaitmeniniu modeliu, kuris numato Marosvölgyi ir van Gorkom (2010) Žemėje egzistuojančių fotosintezės pigmentų absorbcijos spektrą, mes apskaičiuojame pigmentų absorbcijos spektrą į Žemę panašioje planetoje aplink F per vėlyvojo M tipo žvaigždes, pritaikytas maksimaliai energijai. gamyba. Šiame modelyje ląstelių energijos gamyba yra maksimali, kai pigmentai sureguliuojami taip, kad sugertų bangos ilgį, kuris maksimaliai padidina energijos patekimą iš krintančių fotonų, tuo pačiu sumažinant energijos nuostolius dėl šiluminės emisijos ir kuriant korinį fotosintezės aparatą. Mes pastebime, kad didžiausia fotonų sintezės organizmų fotonų absorbcija aplink F tipo žvaigždes yra mėlyna, o G, K ir ankstyvųjų M tipo žvaigždžių atveju pirmenybė teikiama raudonai arba šiek tiek toliau. Aplink šauniausias M tipo žvaigždes šie organizmai gali geriau įsisavinti artimosios infraraudonųjų spindulių spinduliuose, galbūt per vieną mikroną. Šios prognozės atitinka ankstesnius kokybinius pigmento absorbcijos įvertinimus. Mūsų prognozuojami fotosintezės paviršinių organizmų absorbcijos spektrai priklauso ir nuo žvaigždžių tipo, ir nuo planetinės atmosferos sudėties, ypač nuo atmosferos vandens garų koncentracijos, o tai keičia paviršiaus fotonų prieinamumą ir taip prognozuojamą pigmento absorbciją. Apribojant svetimų, fotosintezuojančių organizmų absorbcijos spektrus, būsimi stebėjimai gali būti geriau pasirengę aptikti silpną raudonojo krašto analogų spektrinį signalą.

Patikrinti šias prognozes stebėjimais yra sudėtinga, nes mes nežinome, kurios žvaigždės ruošiasi baigti gyvenimus, o jei jos nesprogsta supernovomis, galime ir neatkreipti dėmesio.

Bet dabar, atlikus dedikuotus stebėjimus, nustatyta viena žvaigždė, kuri elgėsi būtent pagal šį modelį. Žvaigždė, esanti nelabai tolimoje galaktikoje NGC 6946, buvo 25 kartus masyvesnė už Saulę.

2007 metais darytose nuotraukose ji atrodo kaip niekuo labai neišsiskirianti raudonoji supermilžinė. 2009 metais ji trumpam sušvito maždaug milijoną kartų už Saulę ryškesniu žybsniu. Toks žybsnis yra gerokai silpnesnis už supernovos sprogimą, kurio šviesis gali siekti trilijoną Saulės šviesių.

Vėliau žvaigždė tiesiog pranyko: 2015 metais darytose nuotraukose regimųjų spindulių ruože žvaigždės visiškai nematyti. Infraraudonųjų spindulių ruože ji švyti, bet silpniau, nei anksčiau. Ir šviesis vis mažėja – greičiausiai todėl, kad juodoji skylė ryja paskutinius žvaigždės likučius. Būtent taip ji turėtų elgtis pagal prognozes.

Šie ir panašūs stebėjimai padės patikrinti, ar tikrai supernovomis nesprogsta tokios žvaigždės, kokias prognozuoja modeliai.

Tyrimo rezultatai arXiv.

Naujame tyrime, kuris publikuotas žurnale „Astronomy & Astrophysics“, nurodoma, kad žvaigždės prasilenks mažesniu nei prognozuota atstumu. Šiuo metu jas skiria 64 šviesmečiai, tačiau po maždaug 1,35 mln. metų kaimynė prašvilps vos per 13 365 astronominius vienetus (AU; tai – atstumas, skiriantis Žemę ir Saulę, lygus maždaug 150 mln. km).

Lenkijos universiteto astronomų Filipo Berskio ir Piotro A. Dybczyńskio teigimu, tai yra penkis kartus arčiau nei skaičiuota anksčiau. Naujus skaičiavimus jie atliko remdamiesi Europos kosmoso agentūros „Gaia“ kosminės observatorijos duomenimis.

Toks atstumas gali atrodyti saugus, tačiau šis įvykis gali turėti pavojingų padarinių – „Gliese 710“ gravitacija išjudins Saulės sistemos pakraštyje esančio Oorto debesies objektus, taigi mūsų link gali pasipilti kometų kruša. Oorto debesis driekiasi 50–200 tūkst. AU atstumu.

„Gliese 710“ paskatins kometų antplūdį, kurio dažnis gali siekti apie 10 per metus ir truks nuo trijų iki keturių milijonų metų“, – konstatuoja astronomai.

„Remiantis mūsų skaičiavimais, ši žvaigždė turės didžiausią įtaką Oorto debesies objektams per artimiausius 10 mln. metų. Per pastaruosius kelis milijonus metų taip arti Saulės nebuvo jokio kito tokio dydžio objekto“, – nurodoma jų darbe.

Kokią įtaką tai turės Saulės sistemai, tebėra neaišku. Jei Žemėje tebebus žmonių, jie gali išvysti daugiau kometų nei įprasta, tačiau iki šiol neblogą apsaugą suteikdavo Jupiteris. Na, o jei kuri kometa skrietų tiesiai į Žemę, reikia tikėtis, kad jau būsime sugalvoję, kaip nuo jų apsisaugoti.

Beje, per ateinančius kelis milijonus metų sąlyginai arti Saulės – 3 šviesmečių ar mažesniu atstumu – atsidurs iki 14-os kitų žvaigždžių.

Iflscience.com ir Forbes.com inf.