Ключевым моментом, без которого известная нам сложная жизнь не возникла бы на Земле, стало Великое кислородное событие, когда в атмосфере появился свободный кислород. Без него многоклеточные организмы не получили бы серьезного перевеса над одноклеточными, то есть сложные существа не развились бы.
Не так давно одна группа астрономов попыталась показать, что количество фотосинтетически активного излучения у красных карликов очень мало — настолько, что кислород в их атмосфере либо вообще не начнет доминировать, либо сделает это много позже, чем на планете нашего типа, около желтого карлика. Тогда мы отмечали, что расчеты эти сомнительны, поскольку фотосинтез на Земле ограничен не количеством света, а совсем другими факторами.
Авторы новой работы, которую они выложили на сервере препринтов Корнеллского университета, подошли к теме кислородного события на таких экзопланетах с другой стороны. Они поставили вопрос: что было основным поглотителем кислорода, нарабатывавшегося первыми фотосинтетиками? Напомним, что фотосинтез на планете, по современным представлениям, начался минимум 3,5 миллиарда лет назад, то есть еще миллиард лет с лишним до Великого кислородного события (2,4 миллиарда лет назад) что-то активно поглощало нарабатывавшийся кислород.
Исследователи отмечают, что самый вероятный путь поглощения О2 на древней Земле — его реакция с метаном, для эффективного протекания которой нужна перекись водорода, работающая как источник катализатора (радикалов OH). Однако перекись может нарабатываться из водяного пара лишь при значительном количестве ультрафиолета, достигающем нижних слоев атмосферы.
Красные карлики, в сравнении с Солнцем, излучают заметно большую часть своей энергии в УФ-диапазоне, в том числе в виде волн короче 200 нанометров. Они активнее всего разрушают обычные двухатомные молекулы кислорода и способствуют формированию на их основе трехатомных молекул озона. По расчетам авторов, за счет этих различий в излучении их звезд планета земных размеров и температур, но рядом с красным карликом, должна получать слой озона в стратосфере намного быстрее, чем Земля.
Моделирование показало такую картину как для планеты типа TRAPPIST-1 e (в 41 световом годе от нас), так и для планет вокруг других красных карликов, поскольку практически все они дают больший процент УФ-излучения в сравнении с желтыми или оранжевыми карликами.
Из этого следует, что перекись водорода, которая могла образовываться в тропосфере на древней Земле, там должна возникать в ничтожных количествах. Ведь при озоне в стратосфере ультрафиолета в тропосфере (лежащей ниже) уже не будет: озон поглотит практически весь УФ с достаточно короткими волнами.
В случае TRAPPIST-1 e это настолько серьезно должно снизить поглощение кислорода в реакциях с метаном, что Великое кислородное событие там наступило бы на миллиард лет раньше, чем на Земле. Соответственно, если на нашей планете вторая точка Пастера (10 процентов от современного уровня кислорода в атмосфере) была достигнута через четыре миллиарда лет после ее образования (кембрийский взрыв), то на планете у красного карлика это могло бы случиться уже через три миллиарда лет.
Интересно, что возраст звезды TRAPPIST-1 — около 7,6 миллиарда лет, то есть, по этой логике ее кембрийский взрыв мог произойти уже 4,6 миллиарда лет назад, буквально накануне образования нашей планеты. Впрочем, это относится ко многим красным карликам в наших окрестностях.
Вопрос о том, обитаемы ли планеты у красных карликов, — один из самых острых в астробиологии. Три четверти звезд Вселенной относятся именно к ним, причем время жизни таких светил на главной последовательности намного (до 100 раз) больше, чем у Солнца. Если жизнь у них вообще возможна, то именно красные карлики должны быть теми солнцами, что видит большинство живых существ во Вселенной. А планеты типа Земли, где жизнь возникла у более ярких солнц, напротив, будут исключением.