Модель Землі, яка не враховує біосферу, може стати корисним інструментом у пошуках позаземних форм життя.

Астрономи створили комп'ютерну модель Землі, у якій свідомо не врахували жодного впливу живих організмів. В атмосфері віртуальної планети немає кисню і метану, які на справжній Землі підтримує біосфера. Модель свідчить, що океани й помірний клімат можуть утримуватися мільярди років і без життя, тож самі вони ще не доводять, що на далекій планеті є життя.

Аналіз у порівнянні з справжньою планетою Земля.

Модель відтворює розвиток планети від 50 мільйонів до 5 мільярдів років після її утворення. Властивості віртуальної Землі у віці 4,5 мільярда років порівняли з 19 виміряними характеристиками доіндустріальної Землі, від вмісту вуглекислого газу в атмосфері до сили магнітного поля. Такий стан обрали, бо сучасний клімат уже змінила людська діяльність.

Сімнадцять параметрів виявилися в рамках допустимих похибок, тоді як рівень кислотності океану та концентрація розчиненого CO₂ в воді трохи перевищили ці межі. Ці результати були опубліковані в рецензованому виданні The Planetary Science Journal.

Природний регулятор клімату

Основою для дослідження слугувала програма VPLanet, розроблена в лабораторії астронома Рорі Барнса з Вашингтонського університету, як зазначає Interesting Engineering. Поверхню та атмосферу планети були додані в рамках дисертаційної роботи Саманти Гілберт-Янізек.

Клімат у моделі втримує карбонатно-силікатний цикл. Вулкани викидають вуглекислий газ, а дощова вода з розчиненим CO₂ повільно руйнує гірські породи. Під час вивітрювання газ зв'язується в карбонати, а ті осідають на дні океану і разом із плитами занурюються в мантію. Коли теплішає, вивітрювання прискорюється. З атмосфери зникає більше CO₂, тож парниковий ефект слабшає. У холод вивітрювання сповільнюється, тому вулканічний газ накопичується і поверхня знову нагрівається.

Протягом 4,5 мільярдів років Сонце стало приблизно на 30% яскравішим, але середня температура на його поверхні залишалася в межах 12–24 градусів Цельсія. На думку дослідників, для тривалої стабільності умов, придатних для життя, саме життя може не бути необхідним. Цей висновок ставить під сумнів сильну версію гіпотези Геї, яку в 1970-х роках запропонували Джеймс Лавлок і Лінн Маргуліс. Згідно з цією гіпотезою, саме живі організми підтримують сприятливий клімат на нашій планеті.

Молодая планета без жизни.

На початкових етапах розвитку Землі тиск вуглекислого газу в атмосфері досягав приблизно одного бара, що вважається приблизно 3500 разів більше, ніж доіндустріальні показники, які становили близько 28 паскалів. Найбільш кислим океан був протягом перших мільярда років, коли його pH знижувалося до приблизно 6,6. Це означає, що на той час океан був приблизно в 30 разів кислішим, ніж сьогоднішній, pH якого складає близько 8,1.

Якщо б Земля була без життя, її минуле, напевно, виявилося б холоднішим у порівнянні з тим, що ми маємо сьогодні, згідно з геологічними дослідженнями. Молоде Сонце випромінювало менше тепла, а в моделі відсутній метан, який виробляють мікроорганізми та який міг би компенсувати цю нестачу тепла на нашій планеті.

Діапазон без наявності кисню

За допомогою майбутнього телескопа NASA Habitable Worlds Observatory астрономи шукатимуть планети, схожі на Землю, і судитимуть про їхню атмосферу за відбитим світлом. Автори розрахували спектри відбитого світла для справжньої Землі та її моделі без біосфери. У першому видно смуги поглинання кисню, озону і метану, а в другому лишаються тільки водяна пара і вуглекислий газ.

Тож відрізнити заселену планету від просто придатної для життя допоможе не вода і клімат, а склад атмосфери. Переконливішою ознакою лишається одночасна присутність кисню і метану, бо ці гази реагують між собою і без постійного поповнення зникли б.

Наступним етапом дослідження автори вважають проведення розрахунків для планет, що обертаються навколо зірок із переліку цілей Habitable Worlds Observatory. Перш ніж перейти до цього, необхідно поліпшити модель хмар. Наразі їх опис є спрощеним, внаслідок чого правильну температуру вдалося визначити лише за умов хмарності 8%, тоді як у реальному житті вона складає приблизно 67%.