През последните години броят на слънчевите планети, открити около близкия тип М (червени звезди джудже), нарасна значително. В много случаи тези потвърдени планети са били „подобни на Земята“, което означава, че са земни (известни още като скалисти) и сравними по размер с Земята. Тези находки са особено вълнуващи, тъй като звездите на червените джуджета са най-разпространените във Вселената - представляват 85% от звездите само в Млечния път.
За съжаление, много изследвания са проведени от късно, които показват, че тези планети може да нямат необходимите условия за поддържане на живота. Последното идва от Харвардския университет, където докторантурата изследовател Манасви Лингам и професор Ейбрахам Лоб демонстрират, че планетите около звездите от тип М може да не получат достатъчно радиация от своите звезди, за да се случи фотосинтезата.
Казано по-просто, животът на Земята се е появил между 3,7 и 4,1 милиарда години (през късния Хаден или ранния архейски еон), във време, когато атмосферата на планетата би била токсична за живота днес. Между 2,9 и 3 милиарда години започнаха да се появяват фотосинтезиращи бактерии и започнаха да обогатяват атмосферата с кислороден газ.
В резултат Земята преживя това, известно като „Голямото окисляващо събитие“ преди около 2,3 милиарда години. През това време фотосинтетичните организми постепенно преобразуват атмосферата на Земята от съставена предимно от въглероден диоксид и метан в такава, съставена от азот и кислород (съответно ~ 78% и 21%).
Интересно е, че други форми на фотосинтеза се считат, че са се появили дори по-рано от хлорофилната фотосинтеза. Те включват фотосинтеза на ретината, която се появи около. Преди 2,5 до 3,7 милиарда години и все още съществува в ограничени нишови среди. Както подсказва името, този процес разчита на ретината (вид лилав пигмент), за да абсорбира слънчевата енергия в жълто-зелената част на видимия спектър (400 до 500 nm).
Има и аноксигенна фотосинтеза (където въглеродният диоксид и две водни молекули се обработват за създаване на формалдехид, вода и кислороден газ), за който се смята, че предхожда изцяло кислородната фотосинтеза. Как и кога се появяват различни видове фотосинтеза е от ключово значение за разбирането кога е започнал животът на Земята. Както обясни професор Льоб пред Space Magazine по имейл:
„„ Фотосинтез “означава„ сглобяване “(синтез) чрез светлина (снимка). Това е процес, използван от растения, водорасли или бактерии за преобразуване на слънчевата светлина в химическа енергия, която подхранва тяхната дейност. Химическата енергия се съхранява в молекули на въглеродна основа, които се синтезират от въглероден диоксид и вода. Този процес често отделя кислород като страничен продукт, който е необходим за нашето съществуване. Като цяло фотосинтезата доставя всички органични съединения и по-голямата част от енергията, необходима за живота, както го познаваме на планетата Земя. Фотосинтезата възниква сравнително рано в еволюционната история на Земята. "
Изследвания като тези, които изследват ролята, която играе фотосинтезата, не са важни само защото ни помагат да разберем как е възникнал животът на Земята. В допълнение, те биха могли също да помогнат да информираме нашето разбиране за това дали животът може да възникне на извън слънчеви планети и при какви условия това може да се осъществи.
Проучването им, озаглавено „Фотосинтеза на обитаеми планети около звезди с ниска маса“, наскоро се появи онлайн и беше представено на Месечни известия на Кралското астрономическо дружество. В името на своето проучване Лингам и Льоб се опитаха да ограничат фотонния поток от звезди от тип М, за да определят дали е възможно фотосинтеза на земни планети, които обикалят около червените звезди джуджета. Както Льоб заяви:
„В нашия документ проучихме дали фотосинтезата може да се случи на планети в обитаемата зона около звездите с ниска маса. Тази зона се определя като диапазона на разстоянията от звездата, където температурата на повърхността на планетата позволява съществуването на течна вода и химията на живота, както я познаваме. За планетите в тази зона изчислихме ултравиолетовия (UV) поток, осветяващ повърхността им, като функция от масата на тяхната звезда-домакин. Звездите с ниска маса са по-студени и произвеждат по-малко UV фотони за количество радиация. “
В съответствие с последните находки, включващи звезди от червени джуджета, тяхното проучване се фокусира върху „аналози на Земята“, планети, които имат същите основни физически параметри като Земята - т.е. радиус, маса, състав, ефективна температура, албедо и др. От теоретичните граници на фотосинтезата около други звезди не са добре разбрани, те също са работили със същите граници като тези на Земята - между 400 до 750 nm.
От това Лингам и Льоб изчислиха, че звездите с ниска маса М не могат да надвишат минималния UV поток, необходим за осигуряване на биосфера, подобна на тази на Земята. Както Лоуб илюстрира:
„Това означава, че обитаемите планети, открити през последните няколко години около близките звезди джуджета, Проксима Кентавър (най-близката звезда до Слънцето, на 4 светлинни години, 0,12 слънчеви маси, с една обитаема планета, Проксима b) и TRAPPIST-1 ( На разстояние от 40 светлинни години, 0,09 слънчеви маси, с три обитаеми планети TRAPPIST-1e, f, g), вероятно няма биосфера, подобна на Земята. По-общо, спектроскопските изследвания на състава на атмосферата на планетите, които преминават през звездите им (като TRAPPIST-1), е малко вероятно да намерят биомаркери, като кислород или озон, на откриваеми нива. Ако се открие кислород, вероятно неговият произход е небиологичен. "
Естествено, има ограничения за този вид анализ. Както беше отбелязано по-рано, Лингам и Льоб показват, че теоретичните граници на фотосинтезата около други звезди не са добре известни. Докато не научим повече за планетарните условия и радиационната среда около звездите от тип М, учените ще бъдат принудени да използват показатели, базирани на нашата собствена планета.
Второ, има и фактът, че звездите от тип М са променливи и нестабилни в сравнение с нашето Слънце и изпитват периодични изблици. Позовавайки се на други изследвания, Лингам и Льоб показват, че те могат да имат както положителни, така и отрицателни ефекти върху биосферата на планетата. Накратко, звездното възпламеняване може да осигури допълнително ултравиолетово лъчение, което би спомогнало за задействане на пребиотичната химия, но би могло да бъде вредно и за атмосферата на планетата.
Въпреки това, възпрепятствайки по-интензивните проучвания на екстрасоларни планети, които обикалят около звездите на червените джуджета, ученият е принуден да разчита на теоретични оценки на вероятността на живота на тези планети. Що се отнася до изводите, представени в това изследване, те са още едно показание, че звездите с червени джуджета може да не са най-вероятното място за намиране на обитаеми светове.
Ако са верни, тези констатации биха могли да имат драстични последици и при търсенето на извънземно разузнаване (SETI). „Тъй като кислородът, произведен от фотосинтезата, е необходимо условие за сложен живот, какъвто е човекът на Земята, ще бъде необходим и технологичният разум да се развие“, казва Льоб. „От своя страна появата на последния отваря възможността да се намери живот чрез технологични подписи като радиосигнали или гигантски артефакти.“
Засега търсенето на обитаеми планети и живот продължава да се информира от теоретични модели, които ни казват какво да бъдем нащрек. В същото време тези модели продължават да се основават на „живота, какъвто го познаваме“ - т.е. използвайки земни аналози и сухоземни видове като примери. За щастие астрономите очакват да научат много повече през следващите години благодарение на разработването на инструменти от следващо поколение.
Колкото повече научаваме за екзопланетните системи, толкова по-вероятно е да определим дали те са обитаеми или не. Но в крайна сметка няма да знаем какво още трябва да търсим, докато всъщност не го намерим. Такъв е големият парадокс, когато става дума за търсенето на извънземен разум, да не говорим за другия голям парадокс (погледнете го!).
