Ученые долгое время искали жизнь по наличию жидкой воды, но новое исследование в Nature Astronomy показывает, что этого недостаточно. Обитаемость Земли, как выяснилось, зависит от редкого «химического положения Златовласки» — идеального баланса ключевых элементов, который может быть редкостью во Вселенной.
Даже планеты в традиционных обитаемых зонах своих звезд могут быть химически стерильны, если им не хватает фосфора и азота. Фосфор необходим для ДНК и клеточных мембран, а азот — для аминокислот и белков. Без них жизнь невозможна.
Доступность этих элементов определяется на раннем этапе формирования планеты, когда расплавленный металл опускается вниз и образует ядро. Некоторые элементы при этом навсегда запираются в ядре и никогда не попадают на поверхность. Исследователи выяснили, что ключевую роль играет летучесть кислорода — окислительно-восстановительное состояние среды. В восстановительных условиях фосфор уходит в ядро, а азот остается. В окислительных — наоборот. Лишь в узком диапазоне оба элемента доступны одновременно. Это и есть «химическая зона Златовласки», в которую попала Земля.
Даже небольшие изменения уровня фосфора или азота могут кардинально изменить биосферу планеты. На Земле такие изменения вызывали скачки кислорода и продуктивности океанов. Поэтому планеты, похожие на Землю по размеру и расположению, могут быть негостеприимны не из-за отсутствия воды, а из-за неправильной химии.
Исследование показывает, что обитаемость Земли — не типичное явление. Химия формирования ядра важнее, чем изначальный состав звезды. Многие экзопланеты, вероятно, находятся за пределами земного диапазона по фосфору, что делает химически обитаемые миры редкими.
Эти выводы меняют подход к поиску жизни. Теперь ученым нужно оценивать окислительные условия формирования экзопланет. Редкость таких миров может объяснять парадокс Ферми — почему при огромном количестве планет мы до сих пор не нашли внеземных цивилизаций. Поиск действительно похожей на Землю планеты может потребовать изучения тысяч кандидатов.
Земля, скорее всего, является редким результатом тонкой цепи событий. Планеты со слишком восстановительными условиями лишаются фосфора, со слишком окислительными — азота. Лишь узкая золотая середина способна поддерживать жизнь, и Земля случайно оказалась в этом окне.