Каков рецепт создания жизни на планете? У ученых нет на это ответа — мы не знаем никакой обитаемой планеты, кроме Земли. 

Но у нас есть некоторые обоснованные предположения: жизнь, вероятно, нуждается в воде, углероде и достаточном количестве света и тепла, чтобы мир был теплым, но при этом не запекался до хрустящей корочки. Гравитация не должна быть слишком высокой, да и достаточно густая атмосфера тоже не повредит. Но новое исследование предлагает еще один важный ингредиент: постоянные столкновения с астероидами и кометами определенных размеров.

Когда большой объект ударяется о планету, происходят две вещи: материал от объекта добавляется к массе планеты, и часть атмосферы вокруг зоны удара выбрасывается в космос, сказал Марк Уайатт, астроном Кембриджского университета и ведущий автор новой статьи. При действительно гигантских ударах, таких как тот, что сформировал Луну, некоторая часть атмосфера по инерции улетает еще и с дальней стороны планеты, что означает, что больше веществ теряется, чем приобретается. Так что планета, чтобы стать обитаемой, должна уметь «держать удар»: с одной стороны, приобретать летучие вещества из падающих на нее метеоритов, с другой — стараться избегать разрушительных столкновений. 

Летучие вещества — это химические вещества, такие как вода и различные простые углеводороды, которые могут кипеть при низких температурах. Вся жизнь, о которой мы знаем, зависит от воды и углерода, чтобы поддерживать себя на базовом химическом уровне, и ученые считают, что свойства этих химических веществ делают их необходимыми для возникновения жизни в любой точке Вселенной. Поэтому для того, чтобы на планете появилась жизнь, на ней должны быть соответствующие летучие вещества, говорит Уайатт.


Кратер Чиксулуб в Центральной Америке, оставшийся после падения метеорита, убившего динозавров. Очевидно, камешек такого размера влияет на существование жизни скорее негативно.

Но не все планеты начинают свой путь с необходимой концентрации летучих веществ. В начале жизни звезды она светит намного ярче и испускает больше тепла. И такого нагрева достаточно, чтобы удалить всю воду из будущей обитаемой зоны звезды — той, в которой после бурной юности последней будут температуры, при которых вода может существовать в жидком виде. 

Но к тому моменту, когда звезда остынет, планеты уже будут сформированы без необходимых для жизни летучих веществ. Значит, они должны добыть их где-то еще. И самый простой и очевидный способ — это получать их при падении астероидов, которых в молодых звездных системах целые кучи, и большая часть из них это по сути нужная нам вода в виде льда с примесями в виде камней.

Исследователи обнаружили, что лучшими кандидатами для доставки летучих веществ, которые при этом не уменьшают атмосферу планеты и не стерилизуют ее, являются космические булыжники среднего размера. Авторы обнаружили, что воздействия астероидов и комет размерами от 20 метров до 1 километра очень эффективны для доставки летучих веществ, и они будут добавлять в атмосферу больше газов, чем «выбивать». Большие астероиды, примерно от 2 до 20 км в поперечнике, наоборот, будут стремиться выбросить в космос больше атмосферы, чем добавить.


Аризонский кратер, оставшийся после падения 50-метрового метеорита. Вот такие камни вполне могли доставлять на Землю воду.

А вот удары огромной силы типа того, который сформировал Луну, можно вообще не рассматривать. Такие события крайне редки, но, к слову, хотя они и могут серьезно изменить состав атмосферы, все-таки они не будут полностью удалять ее и стерилизовать планету.

Один из важных выводов, которые можно сделать из этой статьи, заключается в том, что небольшие звезды спектрального класса М, они же красные карлики, вероятно, плохие кандидаты для существования жизни вокруг них, говорят авторы исследования. Эти звезды обычно слишком тусклые, чтобы увидеть их невооруженным глазом, но, что главное — это самая распространенная категория звезд во Вселенной, и именно вокруг них астрономы находили больше всего потенциально обитаемых экзопланет.

«Для красных карликов низкая светимость означает, что их обитаемая зона гораздо ближе к звезде, чем для солнцеподобных звезд», — сказал Уайетт. Чтобы получать достаточно тепла и света, планета земного типа, вращающаяся вокруг звезды класса М, должна быть так же близко к ней, как Меркурий к нашему Солнцу.


Художественное изображение планеты рядом с красным карликом. И хотя последний кажется на небе больше Солнца, тепла он излучает ощутимо меньше.

И это все резко ухудшает. Приближаясь на своих орбитах к звезде, астероиды и кометы серьезно ускоряются, а значит они врезаются в такие близкие планеты на огромных скоростях. «Удары с более высокой скоростью гораздо эффективнее удаляют атмосферу», — сказал Уайетт.

Это плохие новости для жизни вокруг красных карликов. И, к сожалению, это далеко не единственный фактор, который делает жизнь на планете рядом с такой звездой маловероятной.

«Существует ряд причин, по которым обитаемые планеты, вращающиеся вокруг M-карликов, могут не иметь атмосферы — например, унос последней звездным ветром», — сказала Сара Ругхаймер, эксперт по атмосферам экзопланет в Оксфорде, которая не принимала участия в этом исследовании. Сюда же можно добавить сильнейшие звездные вспышки, которые на таких небольших расстояниях могут стерилизовать поверхность планеты.

Так есть ли надежда на жизнь в мирах вокруг красных карликов?

«Я думаю, в конечном счете, мы ответим на вопрос, есть ли атмосфера у потенциально обитаемых планет вокруг красных карликов, вскоре после запуска космического телескопа Джеймса Уэбба», — говорит Ругхаймер. «Мы знаем, что существуют более горячие и большие планеты, вращающихся вокруг М-карликов, которые действительно имеют толстые атмосферы. Но этот вопрос все еще остается для меньших потенциально обитаемых планет: могут ли они иметь достаточно тонкую атмосферу, что-то вроде земной, а не венерианской?»


Горячий нептун на орбите красного карлика. Такая планета может иметь густую атмосферу, но вот жить на ее поверхности едва ли получится из-за отсутствия последней.

В статье авторы подчеркивают, что многие их выводы основаны на неопределенности: где и как образуется жизнь? Насколько другие звездные системы напоминают нашу Солнечную систему? Эдвин Бергин, эксперт по формированию планет из Мичиганского университета, который не принимал участия в этом исследовании, согласился с авторами, что в расчетах новой статьи есть то, что он называет «существенными осложнениями».

«Но общие тенденции, которые в ней описаны, довольно интересны и могут быть важны», — добавил он. К слову, Бергин указал на свою собственную работу, которая предполагает, что Земля уже сформировалась с более густой и богатой азотом атмосферой, но потеряла большую ее часть из-за ударов астероидов. Забавно, но авторы новой статьи предполагают ровно обратное — что удары комет и астероидов могли сформировать атмосферы Земли, Марса и Венеры.

Исследователи сказали, что в будущем еще многое предстоит узнать о том, как эта работа может объяснить нашу собственную Cолнечную систему, в частности, роль гигантских столкновений на жизнь на Земле. Эта статья еще не была опубликована в рецензируемом журнале и доступна на сервере arXiv.