Астрономи створили комп’ютерну модель Землі, у якій свідомо не врахували жодного впливу живих організмів. В атмосфері віртуальної планети немає кисню і метану, які на справжній Землі підтримує біосфера. Модель свідчить, що океани й помірний клімат можуть утримуватися мільярди років і без життя, тож самі вони ще не доводять, що на далекій планеті є життя.
Порівняння з реальною Землею
Модель відтворює розвиток планети від 50 мільйонів до 5 мільярдів років після її утворення. Властивості віртуальної Землі у віці 4,5 мільярда років порівняли з 19 виміряними характеристиками доіндустріальної Землі, від вмісту вуглекислого газу в атмосфері до сили магнітного поля. Такий стан обрали, бо сучасний клімат уже змінила людська діяльність.
Сімнадцять величин потрапили в межі похибок, а кислотність океану і вміст розчиненого у воді CO₂ трохи вийшли за них. Результати опубліковано в рецензованому журналі The Planetary Science Journal.
Природний регулятор клімату
Основою стала програма VPLanet з лабораторії астронома Вашингтонського університету Рорі Барнса, повідомляє Interesting Engineering. Поверхню та атмосферу до неї додали в докторській роботі Саманти Гілберт-Янізек.
Клімат у моделі втримує карбонатно-силікатний цикл. Вулкани викидають вуглекислий газ, а дощова вода з розчиненим CO₂ повільно руйнує гірські породи. Під час вивітрювання газ зв’язується в карбонати, а ті осідають на дні океану і разом із плитами занурюються в мантію. Коли теплішає, вивітрювання прискорюється. З атмосфери зникає більше CO₂, тож парниковий ефект слабшає. У холод вивітрювання сповільнюється, тому вулканічний газ накопичується і поверхня знову нагрівається.
За 4,5 мільярда років Сонце стало яскравішим приблизно на 30%, проте середня температура поверхні трималася між 12 і 24 градусами Цельсія. За висновком авторів, для тривалої придатності до життя саме життя може бути не обов’язковим. Цей результат свідчить проти сильної версії гіпотези Геї, яку Джеймс Лавлок і Лінн Маргуліс започаткували в 1970-х. За нею, сприятливий клімат на Землі підтримують саме живі організми.
Молода Земля без життя
На початку тиск вуглекислого газу в атмосфері сягав близько одного бара. Це приблизно в 3500 разів більше за доіндустріальні 28 паскалів. А найкислішим океан був у перший мільярд років, коли його pH падав приблизно до 6,6. Тобто океан був приблизно в 30 разів кислішим за сучасний, pH якого близько 8,1.
Без життя Земля, ймовірно, мала б холодніше минуле, ніж реальна, судячи з геологічних даних. Молоде Сонце світило слабше, а метану від мікроорганізмів, який міг компенсувати нестачу тепла на реальній Землі, у моделі немає.
Спектр без кисню
За допомогою майбутнього телескопа NASA Habitable Worlds Observatory астрономи шукатимуть планети, схожі на Землю, і судитимуть про їхню атмосферу за відбитим світлом. Автори розрахували спектри відбитого світла для справжньої Землі та її моделі без біосфери. У першому видно смуги поглинання кисню, озону і метану, а в другому лишаються тільки водяна пара і вуглекислий газ.
Тож відрізнити заселену планету від просто придатної для життя допоможе не вода і клімат, а склад атмосфери. Переконливішою ознакою лишається одночасна присутність кисню і метану, бо ці гази реагують між собою і без постійного поповнення зникли б.
Наступним кроком автори називають розрахунки для планет біля зір зі списку цілей Habitable Worlds Observatory. Спершу доведеться вдосконалити опис хмар. Зараз вони подані спрощено, тому правильну температуру вдалося отримати за хмарності лише 8%, хоча на реальній Землі вона становить близько 67%.
