Кажется, астрономы решили важнейшую загадку на тему происхождения жизни

Если бы массивная солнечная буря ударила по Земле сегодня, она уничтожила бы технологии и вернула нас обратно в темные времена. К счастью для нас, такие события чрезвычайно редки. Но четыре миллиарда лет назад жуткая космическая погода вполне могла быть в порядке вещей. Только вместо апокалипсиса она творила бы жизнь. Таков поразительный вывод исследования, опубликованного на днях в Nature Geosciences. Оно основывается на предыдущих открытиях на тему юных солнцеподобных звезд, сделанных космическим телескопом «Кеплер». Оказалось, юные светила чрезвычайно нестабильны и выпускают невероятное количество энергии во время «солнечных супервспышек». По сравнению с ними наша самая буйная космическая погода будет выглядеть изморосью.

Владимир Айрапетян из NASA показал, что если бы наше солнце было так же активно 4 миллиарда лет, оно могло сделать Землю более пригодной для проживания. Согласно моделям Айрапетяна, когда солнечные супервспышки разматывали нашу атмосферу, они инициировали химические реакции, которые способствовали накоплению парниковых газов и других необходимых для жизни ингредиентов.

«Четыре миллиарда лет Земля должна была быть глубоко заморожена, — говорит Айрапетян, ссылаясь на «парадокс слабого молодого солнца», впервые сформулированный Карлом Саганом и Джорджем Малленом в 1972 году. Парадокс появился, когда Саган и Маллен поняли, что Земля обладала признаками жидкой воды уже 4 миллиарда лет назад, но Солнце было на 30% тусклее. «Единственный способ объяснить это — каким-то образом включить парниковый эффект», считает Айрапетян.

Другая загадка о юной Земле заключается в том, как первые биологические молекулы — ДНК, РНК и белки — собрали достаточно азота, чтобы сформироваться. Как и сегодня, атмосфера древней Земли состояла по большей части из инертного азота (N2). И хотя особенные бактерии, «азотфиксаторы», выяснили, как разбивать N2 и превращать его в аммиак (NH4), ранней биологии этой способности недоставало.

Новое исследование предлагает элегантное решение обеих проблем в виде космической погоды. Исследование началось несколько лет назад, когда Айрапетян изучал магнитную активность звезд в базе данных «Кеплера». Он обнаружил, что звезды G-типа (вроде нашего Солнца) в молодости подобны динамиту: зачастую выпускают импульсы энергии, эквивалентной 100 триллионов атомных бомб. Самая мощная геомагнитная буря, которую испытали люди и которая вызвала отключения света по всему миру, событие Каррингтона 1859 года, меркнет в сравнении.

«Это огромное количество энергии. Я с трудом могу ее представить, — говорит Рамзес Рамирес, астробиолог из Корнелльского университета, не принимавший участия в исследовании, но работающий с Айрапетяном.

Очень скоро до Айрапетяна дошло, что он мог бы использовать это открытие, чтобы заглянуть в раннюю историю Солнечной системы. Он подсчитал, что 4 миллиарда лет назад наше Солнце могло выпускать десятки супервспышек каждые несколько часов, и одна или даже несколько их могли попадать в магнитное поле каждый день. «Можно сказать, Земля была постоянно атакуема событиями Каррингтона гигантских размеров», говорит он.

Используя численные модели, Айрапетян показал, что солнечные супервспышки должны быть достаточно мощными, чтобы резко сжимать магнитосферу Земли, магнитный щит, окружающий нашу планету. Кроме того, заряженные солнечные частицы должны были пробить дыру в магнитосфере вблизи полюсов нашей планеты, входя в атмосферу и сталкиваясь с азотом, диоксидом углерода и метаном. «Итак, все эти частицы взаимодействуют с молекулами в атмосфере и создают новые молекулы — цепная реакция», — говорит Айрапетян.

Эти солнечно-атмосферные взаимодействия производят закись азота, парниковый газ с потенциалом глобального потепления, в 300 раз превышающий таковой у CO2. Модели Айрапетяна предполагают, что в то время могло быть произведено достаточно закиси азота, чтобы планета начала сильно нагреваться. Другой продукт бесконечной солнечной бури, цианистый водород (HCN), мог оплодотворить поверхность азотом, необходимым для образования первых строительных блоков жизни.

«Люди смотрели на молнии и падающие метеориты как на способы инициировать азотную химию, — говорит Рамирес. — Думаю, самое крутое в этой работе то, что никто раньше не додумался взглянуть на солнечные бури».

Теперь биологам придется определить, могла ли точная смесь нужных молекул родиться после супервспышки, а после дать начало жизни. Это исследование уже идет полным ходом. Ученые из Института наук о земной жизни в Токио уже используют модели Айрапетяна, чтобы спланировать новые эксперименты по имитации условий на древней Земле. Если эти эксперименты смогут произвести аминокислоты и РНК, возможно, космическую погоду добавят в список возможных искр жизни.

В дополнение ко всему прочему, модели Айрапетяна могли бы пролить свет на обитаемость Марса в прошлом. Полагают, Красная планета была полна воды четыре миллиарда лет назад. Такое исследование пригодится и в поисках жизни за пределами нашей Солнечной системы.

Ведь мы только начинаем выяснять, что представляет собой «потенциально обитаемая зона» звезды, где у планет могут быть океаны с жидкой водой. Но сейчас обитаемую зону определяют лишь по яркости звезды.

«В конце концов, мы узнаем, может ли энергия звезды способствовать созданию биомолекул. Возможно, без нее жизнь была бы истинным чудом».

Кажется, астрономы решили важнейшую загадку на тему происхождения жизни
Илья Хель