Ключ к разгадке тайн далеких планет начинается на Земле. Исследователи из Университета Тохоку, Токийского университета и Университета Хоккайдо разработали модель, которая учитывает различные атмосферные химические реакции, чтобы оценить, как атмосфера и первые признаки жизни развивались на Земле. Исследование опубликовано в Astrobiology.
«Древняя Земля была совсем не похожа на наш нынешний дом», — объясняет Сюнго Кояма из Университета Тохоку. «Это было гораздо более враждебное место, богатое металлическим железом, с атмосферой, содержащей водород и метан». Эти молекулы содержат важную подсказку о том, как изначально формировалась жизнь.
Под воздействием солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения они вступают в химическую реакцию, в результате которой образуются органические вещества (также известные как «строительные блоки жизни»). Часть этих органических веществ были предшественниками основных биомолекул, таких как аминокислоты и нуклеиновые кислоты.
Однако понять роль УФ-излучения сложно. Во-первых, этот тип атмосферы нестабилен и, вероятно, претерпел быстрые изменения из-за атмосферных химических реакций. Во-вторых, когда УФ-излучение эффективно расщепляет водяной пар в атмосфере и образует окислительные молекулы, точное соотношение разветвления и временные рамки не были определены.
Для решения этих проблем была создана одномерная фотохимическая модель, позволяющая делать точные прогнозы относительно того, какой была атмосфера на Земле много лет назад.
Расчет показывает, что большая часть водорода ушла в космос, а углеводороды, такие как ацетилен (полученный из метана), экранировали УФ-излучение. Это подавление УФ-излучения значительно снизило распад водяного пара и последующее окисление метана, тем самым усилив производство органических веществ.
Если бы первоначальное количество метана было эквивалентно количеству углерода, обнаруженного на поверхности современной Земли, могли бы образоваться органические слои толщиной в несколько сотен метров.
«Возможно, имело место накопление органики, в результате чего образовалось нечто вроде обогащенного супа из важных строительных блоков. Это могло быть источником, из которого на Земле впервые появились живые существа», — предполагает Тацуя Ёсида из Университета Тохоку.
Модель предполагает, что атмосфера на древней Земле была поразительно похожа на то, что мы видим сейчас на соседних планетах Венера и Марс. Однако, несмотря на их близость, Земля эволюционировала в совершенно иную среду.
Исследователи пытаются понять, что делает Землю такой особенной. Таким образом, эта модель позволяет нам углубить наше понимание того, являются ли эволюция атмосферы и происхождение жизни на Земле уникальными или имеют общие закономерности с другими планетарными системами.
