CC BY
7Б01: 10.24412/с1-34446-2023 -4-13-16
ЖИЗНЬ В МОЛОДОЙ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
С. А. Язев
Иркутский государственный университет, г. Иркутск Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск syazev@gmail.com
Вопрос о происхождении жизни на Земле тесно связан с более глобальной проблемой возникновения жизни во Вселенной в целом. Несмотря на то что на сегодня нет никаких прямых свидетельств существования жизни за пределами Земли, с точки зрения автора, есть основания полагать, что гипотеза об уникальности феномена жизни на нашей планете является крайне маловероятной.
Пребиотические вещества в космосе. Согласно современным данным, в результате взрывов массивных и сверхмассивных звезд в ходе термоядерных реакций генерировались атомы всей таблицы Менделеева, которые впрыскивались в сорванные газовые оболочки взорвавшихся сверхновых. В настоящее время построены убедительные модели астрохимических процессов в остывающих облаках газа и пыли, когда на мельчайших пылевых частицах осаждался конденсат и нарастали ледяные оболочки из летучих веществ. На поверхности таких частиц шли медленные химические реакции формирования (в том числе) легких органических соединений. Астрономические наблюдения с применением мощных телескопов, снабженных сильными спектрографами, позволяют обнаруживать в межзвездной среде в составе газопылевых облаков множество различных веществ, включая органические соединения - в том числе аминокислоты [2]. Оценки свойств и возраста этих образований свидетельствуют о том, что уже порядка пяти млрд лет тому назад, когда начинала формироваться Солнечная система, подобные облака в Галактике уже существовали. Легкую фракцию таких облаков (до 98 % по массе) составляли (и составляют) водород и гелий, до 2 % - остальные элементы периодической системы Менделеева, представленные не только в форме атомов, но и молекул разнообразных химических соединений. Недостатка в таких веществах в Галактике нет, но крайне низкая плотность и низкие температуры, по-видимому, препятствуют эффективному протеканию химических реакций в межзвездной среде.
Особенности Солнечной системы. Начиная с 1995 г. началась история открытий так называемых экзопланет - планет в звездных системах за пределами Солнечной системы [2; 3]. По состоянию на середину 2023 г. считается, что достоверно известно о существовании более чем 5 тыс. планетных систем, а также о более чем 5 тыс.
кандидатах. Накопленная статистика показывает, что Солнечная система является довольно редким экземпляром с точки зрения целого ряда параметров: общей структуры расположения планет (в частности, в Солнечной системе отсутствует обычный для других систем близкий к звезде «горячий юпитер»), большого количества планет-гигантов (как правило, всего одна против четырех в Солнечной системе), низкой эллиптичности планетных траекторий (обычно орбиты планет сильно вытянуты) и т. д. [3]
Современные представления о причинах экзотичности Солнечной системы (ее кардинальных отличиях от подавляющего большинства других известных планетных систем) сводятся к гипотезе о необычно большой суммарной массе изначального газопылевого облака второго или даже третьего поколения, породившего Солнечную систему, а также его компактности. Считается, что именно это привело к формированию планетной системы с относительно крупной центральной звездой (большинство звезд Галактики меньше Солнца) и аномально большим количеством планет, их спутников и малых тел. Наличие в молодой Солнечной системе нескольких планет-гигантов, судя по всему, предотвратило неизбежную миграцию Юпитера к Солнцу, в результате чего были бы уничтожены зародыши планет земной группы, включая Землю. При этом значительные эволюционные изменения параметров орбит планет-гигантов привели к хаотизации орбит множества малых тел. Благодаря обмену моментом импульса это, с одной стороны, привело в «скруглению» орбит гигантов, а с другой стороны, к феномену поздней тяжелой бомбардировки примерно 4,2-3,8 млрд л. н., когда во всем объеме внутренней части Солнечной системы происходили множественные импакты (столкновения) молодых планет (включая Землю) с многочисленными малыми телами. Эти тела, выброшенные гравитацией гигантов из периферийных холодных областей формирующейся Солнечной системы, содержали значительное количество замороженных летучих компонентов - воду, метан, аммиак, а также органику, которые в значительных количествах доставлялись на формирующиеся планеты [2; 3].
О возможности биогенеза на крупных небесных телах Солнечной системы. Примерно 4 млрд л. н. молодые планеты могли стать своеобразными биореакторами. В результате аккреции вещества в форме планетезималей (тел с характерными размером от десятков метров до десятков километров) поверхность планет подвергалась бомбардировке. В составе планетезималей находились все химические элементы и соединения, которые присутствовали в веществе начального газопылевого облака [2]. В отличие от условий в облаке, на поверхностях планет царили другие условия: широкое разнообразие температур - от сотен градусов Цельсия в местах недавних импак-тов и океанов (позже озер) магмы, до низких отрицательных температур в полярных областях. Формировались первичные атмосферы - от мощных флюидных водородно-гелиевых оболочек планет-гигантов до углекисло-азотно-метановых атмосфер различной плотности на планетах земной группы. Важным фактором было образование
водных резервуаров на поверхности Земли, Марса и, возможно, Венеры, а также крупных спутников планет-гигантов (Ганимед, Каллисто, Европа, возможно, Титан и др.).
Условия для синтеза первых молекул, способных к репликации, представляются крайне маловероятными в межзвездной среде, но значительно более вероятными на поверхности молодых планет, где, во-первых, присутствовали все потенциальные компоненты для формирования тяжелых органических молекул и, во-вторых, наблюдалось большое разнообразие физических факторов, потенциально способных инициировать эти процессы. К числу таких факторов можно отнести большие диапазоны температуры и давления, импактные события, грозовые разряды, динамические процессы в водоемах и атмосферах. Молодая Земля представляется наиболее вероятным местом для биогенеза в Солнечной системе благодаря самым большим размерам среди планет земной группы (а значит, лучшей статистике для реализации соответствующих случайных процессов), а также оптимальному расстоянию до Солнца, что обеспечило подходящий температурный режим для стабильного существования жидкой воды. Древнейшие окаменелости указывают на то, что спустя первые сотни миллионов лет после окончания поздней тяжелой бомбардировки простейшая жизнь на Земле уже существовала [1]. Условия на Земле в течение последующих 3,5 млрд лет существенно менялись, но диапазон этих изменений оказался приемлемым для непрерывного развития биосферы.
В отличие от Земли, комплекс физических условий на Венере и Марсе оказался иным, и со временем различия между Землей и этими планетами только нарастали -возможно, отсутствие там развитой биосферы этому способствовало [1]. Венера осталась без воды, на Марсе вода содержится в твердом состоянии только в полярных шапках и вечной мерзлоте [3]. Отсутствие жидкой воды либо уничтожило зарождающиеся биосферы, либо существенно ограничило их развитие. На сегодня остается крайне слабая надежда на обнаружение примитивной жизни в подповерхностных слоях грунта Марса либо в верхних слоях атмосферы Венеры.
Что касается возможности существования жизни в теплых соленых подледных океанах (резервуарах) на спутниках планет-гигантов Ганимеде, Европе, Энцеладе, Титане, Ариэле, Умбриэле, Титании, Тритоне и даже на карликовых планетах Плутон и Церера, то она представляется более высокой по сравнению с ситуацией на Марсе либо Венере. Это связано с наличием там жидкой воды, гарантированно обеспечившей развитие биосферы на Земле. Кроме того, на ледяных спутниках гигантов были сходные с земными условия на ранних стадиях формирования (высокая температура благодаря аккреции вещества и сильному излучению близких молодых планет-гигантов за счет той же аккреции, а также значительное количество воды и органики). Отрицательным фактором здесь являлось только отсутствие плотных атмосфер (исключая Титан).
Таким образом, с точки зрения автора, на ранних этапах развития планет Солнечной системы и их естественных спутников, физические условия были сходными с земными. Поскольку как минимум через первый миллиард лет существования Земли (а возможно, и раньше) на нашей планете уже бурно развивалась жизнь, вероятность появления жизни на других объектах Солнечной системы может оказаться сопоставимой с вероятностью возникновения жизни на Земле в тот же период времени (3,83,5 млрд л. н.). Кроме того, перенос вещества с планеты на планету под влиянием им-пактных событий также мог на этом этапе способствовать распространению уже возникшей жизни. Однако в дальнейшем различия в историях развития планет и их спутников неизбежно должны были привести к существенным различиям в параметрах эволюции биосфер. Наличие поверхностной гидросферы и магнитного поля Земли позволили земной биосфере активно и успешно развиваться. В то же время исчезновение (или изначальное отсутствие) поверхностных гидросфер на всех других крупных телах Солнечной системе могло привести к гибели биосфер (если они там были), или формированию ограниченных подповерхностных биосфер (которые, если они существуют, еще предстоит открыть).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Журавлев А. Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир. Москва : Альпина нон-фикшн, 2019. 514 с.
2. Никитин М. Происхождение жизни. От туманности до клетки. Москва : Альпина нон-фикшн, 2016. 542 с.
3. Язев С. А. Астрономия. Солнечная система. Москва : Юрайт, 2019. 336 с.
