В какой цвет выкрашены землеподобные планеты других звёздных систем?

Развитие средств прямого обнаружения экзопланет идёт полным ходом и ставит перед исследователями вопрос: как полученные изображения экзопланет и экзолун можно использовать для определения их обитаемости?

Астрономы из Германии и США, проведя моделирование различных вариантов такой «окраски», пришли к выводу, что по ней действительно можно судить о наличии и даже до некоторой степени о составе биосферы.

Как выглядит из космоса Земля, известно: в 1990 году по просьбе Карла Сагана «Вояджер-1» сфотографировал планету с удаления в 6 млрд км. Итог был предсказуем: 0,12 пиксела, или «бледная голубая точка» (Pale Blue Dot).

Сиддхарт Хедж из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) и Лиза Калтенеггер из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) отмечают: такой цвет на 100% обусловлен обитаемостью Земли, в основном водой, покрывающей 70% её поверхности. Кроме того, значительный вклад дают растительность (которой покрыто 60% твёрдой поверхности), снег, пустыни и пр.

Однако так планета выглядела не всегда, и очень вероятно, что такого цвета нет у многих потенциально обитаемых планет за пределами нашей Солнечной системы.

Бóльшая часть доминирующих на Земле форм жизни демонстрируют резкий скачок альбедо в красной и инфракрасной частях спектра. (Графики Siddharth Hegde, Lisa Kaltenegger.)

Более того, гипотетический наблюдатель (с аппаратурой соответствующего уровня) из другой звёздной системы разглядит не только этот (голубой) цвет. Давно известно, что при суточном вращении Земли поглощение красного света будет периодически резко падать («красный край») — по мере того как от океанских просторов инопланетный телескоп будет переходить на покрытые растительностью (отражающей свет в красном диапазоне спектра) пространства суши. Альбедо растений в среднем вырастет с 680 до 730 нм, с 5 до 50%, что нельзя не заметить. Однако, подчёркивают учёные, жизнь предоставит индикаторы такого рода лишь при соблюдении ряда условий. Вокруг звёзд отличного от Солнца спектрального класса возможен «синий край», когда (во избежание перегрева более коротковолновым излучением) альбедо растений будет резко возрастать не в красной и инфракрасной частях спектра, а в ультрафиолетовой и фиолетовой.

С другой стороны, отмечают исследователи, анализ цвета способен помочь при выявлении менее развитой жизни — например, экстремофильной. Лишайники, биоплёнки, цианобактериальные маты эффективно обнаруживаются по специфическим цветам, и их доминирование, несомненно, придаст поверхности планеты свои оттенки.

В целом авторы работы при выборе объектов рекомендуют отдавать предпочтение планетам голубой части спектра перед красноватыми типа Марса. Среди прочего такой цвет сигнализирует о значительном присутствии жидкой воды, что повышает шансы на обнаружение жизни.

В то же время остаются варианты, не поддающиеся обнаружению названным способом. Почвенные экстремофилы для защиты от ультрафиолета и иных угроз могут вовсе исчезнуть с поверхности, и тогда их влияние на цвет экзопланеты будет минимально. Очень сложно также наблюдать планеты с серьёзной облачностью…

Даже на сегодняшней Земле доминирующие цвета фотосинтезирующих организмов не обязательно зелёные — как показывают эти бактерии-галофилы из австралийских солёных озёр. (Фото Cheetham Salt Limited.)

И ещё одно. Современный научный мир не вполне твёрдо уверен в исключительности нынешних оттенков земной тверди. Ведь в иные геологические эпохи окрас мог отличаться от сегодняшнего, не так ли? Скажем, гипотеза «пурпурной Земли» предполагает, что в период возникновения жизни планета вполне могла выглядеть не зелёной, как сегодня, а красно-фиолетовой. В процессе фотосинтеза древние автотрофы могли пользоваться не хлорофиллом, а совсем другим веществом — например, бактериохлорофиллом. Его и сегодня применяет группа фотосинтезирующих протеобактерий, обитающих в воде. Они содержат красные пигменты: бактериохлорофиллы a и b, а также каротиноиды, придающие им пурпурный цвет. Такие пигменты позволяют эффективно использовать (поглощать) свет зелёной части спектра. Так вот, если верить «пурпурной Земле», кроме бактериохлорофилла, первые автотрофы могли использовать для фотосинтеза альдегид витамина А, что также должно было придавать им специфический красный цвет.

Кстати, предполагается, что зелёный цвет хлорофилловые организмы приобрели случайно — в конкуренции с пурпурными. После же вытеснения тех, первичных автотрофов зелёный закрепился как общая черта фотосинтезирующих организмов. Словом, если гипотеза верна, то зелёный цвет даже в условиях жизни под солнцеподобной звездой случаен, а потому не может рассматриваться как достоверное свидетельство высокоразвитой жизни.

С препринтом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Technology Review.