Жизнеспособность планеты зависит от множества факторов. До недавнего времени поиск экзопланет, способных поддерживать жизнь, ограничивался оценкой их нахождения в так называемой «зоне обитаемости» — области, где температура позволяет воде существовать в жидком состоянии. Затем к этому критерию добавили изучение состава атмосферы. Однако даже «Джеймс Уэбб» пока что способен анализировать лишь густые атмосферные слои крупных и близких миров. Перелом наступит лишь с появлением Обсерватории обитаемых миров (ООМ), спроектированной специально для выявления наиболее перспективных кандидатов. В новом препринте на arXiv Бенджамин Фарси (Университет Мэриленда) и его коллеги предлагают, что истинный ключ к оценке потенциала жизни — изучение процесса формирования планеты.
Разумеется, ООМ не сможет напрямую заглянуть в далёкое прошлое экзопланет, поскольку мы ограничены временем, за которое свет от них достигает Земли. Тем не менее по ряду измерений можно восстановить этапы зарождения мира. Фарси с соавторами выделили четыре критических признака, формирующих у планеты способность впоследствии поддерживать сложную жизнь.
Химический костяк
Первый показатель — основной элементный состав. Для землеподобных планет наиболее значимы четыре элемента — магний, железо, кремний и кислород, составляющие около 93 % массы. Их пропорции определяют возможность развития тектоники плит, обеспечивающей климатическую стабильность на миллиарды лет. Примечательно, что состав экзопланеты повторяет пропорции родительской звезды, так как они формировались из единого межзвёздного облака.
Запас летучих веществ
Второй критерий — количество летучих компонентов. Под ними понимают элементы с низкой температурой конденсации, при которой не менее половины вещества остаётся в газообразном состоянии и легко уносится солнечным ветром. Поэтому у Меркурия их почти нет, тогда как Марс, образовавшийся дальше, сохранил значительный запас. К ключевым ингредиентам жизни относятся CHNOPS — углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера.
Размер ядра и фугитивность кислорода
Третий аспект связан с фугитивностью кислорода — его склонностью переходить в газ или оставаться в твердом состоянии. Избыток газообразного кислорода ограничивает образование металлического железа, отправляющегося в ядро, и увеличивает долю оксидов в мантии, уменьшая ядро. Размер металлической сердцевины критически важен: крупное ядро создаёт мощное магнитное поле, защищающее поверхность от излучения и утечек атмосферы, тогда как мелкое делает планету уязвимой.
Тепловая машина
Четвёртый показатель — «двигатель» внутри планеты. Это либо радиоактивный распад калия, тория и урана (последний оценивается через спектральный аналог — европий), либо приливный нагрев, как у некоторых спутников Юпитера. Внутреннее тепло поддерживает вулканизм и движение мантии, обеспечивая долгосрочную циркуляцию химических элементов и газов.
Опираясь на эти четыре признака, Фарси предлагает пересмотреть классическую зону обитаемости. Планете требуется оптимальный баланс летучих веществ: достаточно для образования органических соединений, но не настолько много, чтобы подавить рост ядра и ослабить магнитное поле. Земля демонстрирует «золотую середину»: сбалансированное ядро, устойчивое геодинамо и богатый запас жизненно важных элементов.
Обсерватория обитаемых миров будет отслеживать три ключевых признака молодых экзопланет: спектральный анализ хозяйской звезды — для оценки содержания летучих и радиоактивных элементов; спектрополяриметрия — для выявления магнитного поля по поляризации света; и «вулканическое дыхание» — мониторинг SO₂ и H₂S в атмосфере, указывающий на активный вулканизм и тектонику плит. Такой комплексный подход превосходит классическую модель, основанную лишь на расстоянии до светила.
К сожалению, придётся подождать до 2040-х годов: старт ООМ намечен на этот период, хотя опыт предыдущих миссий показывает, что сроки могут быть перенесены. В ближайшие годы команде предстоит утвердить научную программу и техническое задание для будущего «охотника за новыми мирами», способного раскрыть тайны зарождения жизни во Вселенной.
