Астрономы создали компьютерную модель Земли, на которой полностью отсутствует жизнь. Она должна помочь отличать экзопланеты, лишь пригодные для жизни, от миров, где действительно могут существовать биосферы.
Исследование провела команда во главе с Самантой Гилберт-Джанизек, работавшей над проектом в Вашингтонском университете. Статья опубликована в The Planetary Science Journal. Работа особенно важна в преддверии будущих наблюдений с помощью Habitable Worlds Observatory (HWO), которая должна искать признаки жизни на каменистых планетах у звёзд, похожих на Солнце.
Земля как эталон
Пока Земля остаётся единственной известной обитаемой и населённой планетой. Поэтому её свойства служат главным ориентиром при изучении экзомиров. Однако атмосфера планеты может выглядеть многообещающе даже в отсутствие живых организмов — и именно такие ложные признаки необходимо научиться распознавать.
Исследователи построили связанную модель эволюции недр и атмосферы Земли без жизни. Расчёт охватывает период от 50 млн лет до 5 млрд лет истории планеты. После 4,5 млрд лет модель воспроизводит 19 ключевых характеристик доиндустриальной Земли в пределах погрешностей измерений.
В число проверяемых параметров вошли содержание углекислого газа и воды в атмосфере, температура поверхности, альбедо, масса океана, температура верхней мантии и поток тепла из неё. Хотя недра экзопланет напрямую наблюдать, скорее всего, не удастся, их эволюция влияет на атмосферу и отражение света поверхностью — именно эти параметры сможет исследовать HWO.
Как модель поможет искать жизнь
Для виртуальной Земли учёные рассчитали спектр отражённого света в диапазоне от 0,2 до 2,0 мкм — предполагаемом рабочем диапазоне HWO. В спектре учитывались линии поглощения углекислого газа, воды, кислорода, озона и метана.
«Эта модель поможет понять, как обитаемые, но безжизненные планеты могут имитировать живые миры», — сказала Саманта Гилберт-Джанизек. По её словам, инструмент позволит оценивать, насколько наблюдаемые особенности атмосферы экзопланеты действительно указывают на наличие жизни на поверхности.
Модель можно адаптировать к конкретной экзопланете, задавая такие параметры, как альбедо и содержание CO₂ в атмосфере. Если расчёт сможет воспроизвести наблюдаемые свойства мира без привлечения биологических процессов, это станет аргументом в пользу его безжизненности.
При создании модели исследователи сделали ряд допущений. В частности, они начали расчёт после затвердевания магматического океана, предположили активную тектонику плит на протяжении истории Земли, а также задали значения атмосферного давления, силы геодинамо и потери водорода из атмосферы. Авторы подчёркивают, что такие допущения являются обычной частью научного моделирования.
Ранее Рори Барнс, соавтор исследования, создал модель, включавшую ядро, мантию, кору и воздействие звёздного излучения. Новая работа добавила в неё поверхность и атмосферу. По словам Барнса, успешное воспроизведение свойств ядра, мантии, поверхности и атмосферы Земли повышает уверенность в том, что модель можно применять для изучения экзопланет.
