Какие организмы способны выжить на Проксиме Центавра b под вспышками жёсткого ультрафиолета от красного карлика?

24 августа мировые СМИ облетела новость об открытии экзопланеты у ближайшей к нам звезды Проксимы Центавра на расстоянии всего лишь 1,295 парсека (4,22 светового года) от Солнечной системы.

Формально, планета Проксима Центавра b действительно соответствует определению «двойника Земли», то есть по размерам, массе и температурному режиму примерно соответствует Земле, потенциально может быть пригодна для жизни и допускает существование жидкой воды. Минимальная масса планеты составляет 1,27 земной, радиус ≥1,1 ± 0,3 R⊕, она находится в обитаемой зоне красного карлика класса M5, период обращения вокруг звезды 11,186 суток.

Как всегда, дьявол прячется в деталях. Если посмотреть на реальные климатические условия Проксимы b, то оптимизм массовых СМИ кажется слегка излишним. Дело в том, что Проксима Центавра — крайне нестабильная звезда, которая каждые 10-30 часов вспыхивает в том числе в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. «Человеку выжить в таких условиях будет, мягко говоря, затруднительно», — прокомментировал открытие американских астрономов руководитель лаборатории фотометрии и ИК-радиометрии отдела физики планет и малых тел Солнечной системы Института космических исследований РАН профессор Леонид Ксанфомалити.

Ультрафиолетовые вспышки такой мощности обладают достаточной энергией для разрушения связей в молекуле ДНК. Особенно разрушительное воздействие оказывает излучение с более короткой длиной волны. Для полного уничтожения микроорганизмов достаточно облучать их УФ с длиной волны около 260 нм в течение определённого периода времени.



Проксима Центавра b находится очень близко к своей звезде

Интенсивность УФ-излучения во время вспышек звезды у поверхности Проксимы Центавра b на несколько порядков превышает интенсивность солнечного излучения у поверхности Земли. Ситуация усугубляется тем, что из-за близости к звезде магнитное поле планеты может сжиматься и хуже защищать атмосферу Проксимы Центавра b.



Активность УФ на поверхности атмосферы гипотетической планеты, которая находится на расстоянии 1 AU возле активной звезды AD Leo класса M3,5 в обычном состоянии (серым) и во время вспышек (синим) по сравнению с солнечным УФ-излучением на входе в земную атмосферу (серым пунктиром)

Но надежда есть. Теоретически на Проксиме Центавра b всё-таки возможна жизнь, даже при условии таких мощных вспышек ультрафиолетового излучения, считают американские астробиологи Джек О'Мэйли-Джеймс (Jack T. O'Malley-James) и Лиза Кальтенеггер (Lisa Kaltenegger) из Института им. Карла Сагана при Корнелльском университете.

По их мнению, некоторые живые существа способны укрыться от смертоносного УФ-излучения, используя естественные укрытия. Например, они могут существовать под землёй или глубоко под водой.

Кроме того, астробиологи обращают внимание на ещё одну потенциально возможную форму жизни, которая способны преобразовывать полученную энергию в биофлюоресцентное излучение с другой длиной волны. В данном процессе задействуются специальные защитные белки, поглощающие вредное УФ-излучение.

Астрофизики приводят в пример земную форму жизни — коралловые полипы. Некоторые виды коралловых полипов содержат флюоресцентные белки, которые фотоактивируются при облучении ультрафиолетом в длинноволновом диапазоне А на длинах волн 315-400 нм и в синих регионах спектра 420-700 нм, преобразуя его в излучение с большей длиной волны. Возможно, у коралловых полипов флюоресценция является защитной реакцией для устранения вредного УФ.



Пример коралловой биофлюоресценции

В таблице перечислены четыре наиболее распространённых флюоресцентных протина в корраловых полипах.

Пик эмиссии (нм)	Диапазон возбуждения (нм)	КПД флюоресценции (%)
486	350-475	3-5
515	400-525	10-12
575	350-575	8-10
685	350-650	1-2

КПД флюоресценции растёт при увеличении интенсивности УФ излучения. То есть на Проксиме Центавра b КПД должен быть гораздо выше, чем у коралловых полипов.

Более подробно о биофлюоресценции в коралловых полипах см. научные работы Максима Горбунова с коллегами "Photosynthesis and photoprotection in symbiotic corals" (Gorbunov, M.Y., Kolber, Z.S., Lesser, M.P. & Falkowski, P.G. 2001. Limnol. Oceanogr., 46: 75 – 85), а также статью "Contribution of fluorescence to the spectral signature and perceived color of corals" (Mazel, C. H., \& Fuchs, E. 2003 Limnol.Oceanog., 48, 390).

Если живые организмы на Проксиме Центавра b освоили такой способ преобразования энергии, то эта планета может очень сильно светиться на определённых длинах волн, возможно, даже в видимом диапазоне. Учёные предполагают, что такое мощное свечение можно будет заметить с Земли. В своей научной работе они предложили несколько моделей флюоресценции с указанием длин волн, на которых следует искать свечение инопланетных форм жизни.

Работа учёных важна ещё и потому, что красные карлики спектрального класса M — это не только Проксима Центавра. На самом деле звёзды такого типа составляют 75% всех ближайших звёзд к Солнечной системе. Предварительные наблюдения указывают на существование трёх планет земного размера у похожей звезды TRAPPIST-1 класса M8, которая тоже находится недалеко от Солнечной системы. Некоторые из возможных орбит самой дальней из этих планет TRAPPIST-1d находятся в обитаемой зоне.



Ближайшее окружение Солнечной системы. Источник данных: НАСА. Графика: A. Cuadra / Science

В 2017 году НАСА планирует запустить космический телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), который тщательно изучит орбиты транзитных экзопланет около ближайших ярких звёзд к Солнечной системе. Предполагается, что TESS найдёт сотни планет радиусом 1,25-2 от земного и десятки планет земного размера. Предполагается также, что до 20 этих планет окажутся в обитаемой зоне около своих холодных звёзд. Так что Проксима Центавра b — всего лишь первая из десятков подобных миров, которые мы откроем в самое ближайшее время.



Предполагаемый ландшафт Проксимы Центавра b. Рендер: ESO/M. Kornmesser

Научная работа "Biofluorescent Worlds: Biological fluorescence as a temporal biosignature for flare stars worlds"опубликована в свободном доступе на сайте arXiv.org.

Источник: geektimes.ru/post/279904/