04.06.2025. - Озон не является хорошим биосигналом жизни

Озон не является хорошим биосигналом жизни

То, что мы можем обнаружить озон в атмосфере других планет, еще не означает, что там есть жизнь. Озон является признаком жизни на Земле, но его обнаружение на Венере показывает, что он также может быть получен абиотическим путем. Это указывает на то, что существуют различные пути его создания не только на Венере, но и на других венероподобных экзопланетах.

Мы знаем, что озон в атмосфере Земли является биологическим признаком, потому что знаем историю Земли. Жизнь, возможно, зародилась всего через четыреста или пятьсот миллионов лет после ее образования. Сначала жизнь была ограничена океанами. Суша была недоступна для простой земной жизни, потому что ультрафиолетовое излучение солнца беспрепятственно разрушало поверхность. Затем, около трех миллиардов лет назад, что-то изменилось: появились фотосинтезирующие организмы.

Эти организмы вырабатывали избыток кислорода в рамках своей системы выработки энергии, выбрасывая его в атмосферу. Кислород обладает высокой химической активностью, и сначала он соединялся с элементами земной коры, образуя минералы. В настоящее время кислород является наиболее распространенным элементом в земной коре. Когда мы добываем такие материалы, как железо и титан, мы добываем их оксиды.

Земная кора поглощала кислород в течение длительного времени. Затем, около 2,5 миллиардов лет назад, началось масштабное насыщение кислородом (GOE). В ходе геофизических исследований наблюдалось увеличение содержания свободного кислорода в мелководных морях и атмосфере Земли. Появление озонового слоя является прямым следствием GOE.

Когда молекулярный кислород (O2) появился в атмосфере, он подвергся воздействию мощного ультрафиолетового излучения солнца. В результате фотодиссоциации молекулы были расщеплены на отдельные атомы (O).

Поскольку атомы кислорода являются химически активными, они быстро соединяются с молекулами O2, образуя озон (O3). Этот процесс непрерывен, он постоянно создает и разрушает озон и уменьшает количество ультрафиолетового излучения, которое может достигать поверхности Земли. Благодаря наличию озонового слоя жизнь смогла заселить сушу.

На фоне истории Земли обнаружение озона в атмосфере Венеры вызвало значительный интерес. Озон считался атмосферным биосигналом, особенно когда он был обнаружен наряду с водяным паром и кислородом.

Космический аппарат ЕКА "Венера Экспресс" находился на орбите Венеры почти восемь лет, пока его миссия не завершилась в 2014 году. Он обнаружил озон в мезосфере Венеры, переходной области между тропосферой и термосферой планеты. Мезосфера, как известно, динамична, в ней происходят фотохимические процессы, сложные ветровые системы и колебания температуры.

Впервые об озоне было сообщено в статье 2011 года, а в статье 2021 года он был подвергнут дополнительному анализу. Ни в одной из работ не утверждалось, что его присутствие указывает на существование жизни на Венере.

Однако ученые считают, что озон - это биосигнатура и способ различать различные типы экзопланет. Проблема в том, что атмосферы, подобные земной и венерианской, могут казаться похожими с большого расстояния, и обе они находятся в зоне, пригодной для жизни на Солнце. В этом отношении считалось, что озон является хорошим способом отличить их друг от друга.

Новое исследование, опубликованное в "Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества", показывает, что озон на Венере и озон в атмосферах планет, расположенных в обитаемых зонах далеких звезд, не являются надежными индикаторами жизни.

Исследование называется "Абиотический озон в наблюдаемых атмосферах Венеры и венероподобных экзопланет", а ведущим автором является Робб Колдер, аспирант Института астрономии Кембриджского университета.

"Озон является потенциальным биосигналом и средством устранения неоднозначности между землеподобными и венероподобными экзопланетами из-за его связи на Земле с фотосинтетически вырабатываемым кислородом (O)", - пишут авторы. "Однако наличие озона в наблюдаемой атмосфере Венеры, планеты, о жизни на которой ничего не известно, повышает вероятность ложных срабатываний биосигналов озона на экзопланетах, подобных Венере".

В своем исследовании авторы использовали фотохимическую модель для изучения озона в мезосфере Венеры. В основе исследования лежит вопрос: существуют ли другие химические пути, которые создают озон не только на Венере, но и на экзопланетах?

Атмосфера Венеры содержит лишь незначительные следы озона. "O3 был обнаружен над облачным слоем Венеры в концентрациях от 0,1 до 1 промилле", - пишут авторы. Озон был обнаружен на ночной стороне Венеры, хотя другие исследователи обнаружили его еще более низкие концентрации на дневной стороне. Интересно, что фотохимические модели предсказывали его присутствие еще до того, как он был обнаружен.

Для появления озона необходим кислород. Предыдущие исследователи предположили, что за обнаружением озона стоят атомы кислорода, образующиеся на дневной стороне планеты и затем переносимые ветрами на ночную сторону.

Однако модель Колдера и его коллег показывает, что это не так. Для того, чтобы это произошло, также должно быть больше O2, чем наблюдалось ранее. Даже когда они изменили химический состав нижних слоев атмосферы, ее тепловую структуру и звездный поток, не было произведено достаточного количества озона, чтобы объяснить наличие озона на Венере.

"Эти результаты свидетельствуют о том, что за образование озона в мезосфере ночной стороны Венеры ответственен неизвестный на данный момент химический процесс", - пишут авторы. Это та часть, которая действительно важна.

Если неизвестный нам химический путь может привести к образованию озона, то его обнаружение на экзопланете не является надежным биосигналом.

"Распространенная на экзопланетах, подобных Венере, известная химия также не позволяет производить озон в том количестве, которое наблюдается в мезосфере Венеры", - пишут авторы.

"Однако до тех пор, пока не будет выяснено происхождение венерианского озона, мы не можем исключать, что образование озона в концентрациях, наблюдаемых с помощью JWST, будет обычным явлением в абиотических мирах, подобных Венере, что, возможно, ограничивает полезность озона в качестве признака жизнедеятельности и биосигнала".

Природа не упрощает нам задачу понимания обитаемости экзопланет. На Земле озон является безошибочным показателем наличия жизни. Это исследование показывает, что существует по крайней мере еще один путь получения озона, который не требует наличия жизни.

"Понимание механизма, ответственного за образование O3 в атмосфере Венеры, необходимо для точного прогнозирования концентраций O3 в верхних слоях атмосферы экзопланеты, подобной Венере, поскольку наши результаты показывают, что ни один из традиционных химических процессов, исследованных в этом исследовании, не может сам по себе достичь наблюдаемых концентраций O3 в верхних слоях атмосферы", - говорится в исследовании. авторы пишут в своем заключении.

Однако не все потеряно. Как только этот механизм или путь будет обнаружен на Венере, ученые смогут лучше интерпретировать его обнаружение на других экзопланетах, подобных Венере, в зависимости от того, как он будет обнаружен.

"Этот сценарий снижает вероятность ложноположительного результата O3 при проведении прямых исследований, таких как HWO и LIFE, но сохраняет возможность для просвечивающей спектроскопии с помощью JWST", - заключают авторы.

Источник