Отраженного света оказалось достаточно для фотосинтеза на экзопланетах

Астрономы теоретически исследовали потенциальную возможность обеспечения фотосинтеза отраженным светом. Авторы рассмотрели несколько ситуаций, в том числе отраженный от луны свет, падающий на обращенную от звезды сторону планеты, и отраженный от планеты-гиганта свет, падающий на ее спутник. Ученые пришли к выводу, что подходящие условия могут существовать во множестве систем, результаты представлены в препринте на arXiv.org.

Фотосинтез, то есть использование энергии солнечного излучения для получения необходимых органических веществ, является основой функционирования подавляющего большинства экосистем на Земле. Однако помимо ключевой роли для всей биосферы, фотосинтез также обладает последствиями планетарного масштаба, так как появление оксигенного фотосинтеза привело к принципиальному изменению состава атмосферы и условий на поверхности Земли.

В связи с этим считается, что присутствие молекулярного кислорода в газовой оболочке экзопланеты может быть значимым указанием на наличие живых форм, так как из-за высокой активности кислород необходимо постоянно выделять, что крайне маловероятно в неживой природе. Еще одним потенциальным маркером фотосинтезирующей жизни является красный барьер, то есть резкое повышение отражательной способности биомассы при переходе в ближний инфракрасный диапазон, хотя для наблюдения похожего эффекта жизнь должна быть относительно похожа на земную.

Однако даже среди уже известных экзопланетных систем попадаются ситуации с принципиально отличающимися от земных условиями. В этой связи возникает вопрос о более общих условиях возможности возникновения фотосинтеза, в том числе никогда не достигавшихся на нашей планете. Американские астрофизики под руководством Абрахама Лёба (Abraham Loeb) из Гарвардского университета исследовали вопрос о теоретической возможности протекания фотосинтеза с использованием лишь отраженного света.

Авторы рассмотрели две возможные конфигурации. В первой участвует планета в приливном захвате с родительской звездой — тот же самый эффект, который объясняет невозможность наблюдения обратной стороны Луны с поверхности Земли. Такая ситуация возникает при сильном приливном взаимодействии, что, как правило, происходит на небольших расстояниях. В таком случае противоположная звезде сторона планеты будет в постоянной тени. Однако при наличии крупного спутника возможно поступление заметного количества отраженного от него света. Вторая обсуждаемая конфигурация включает ночную сторону крупной экзолуны на орбите вокруг планеты-гиганта.

Ученые провели анализ с большим количеством упрощений. В частности, они предполагали круговые орбиты, равный получаемому Землей от Солнца поток излучения, фиксированный диапазон пригодных для фотосинтеза длин волн, оптически тонкие атмосферы обитаемого мира, конкретное значение альбедо (0,2 несколько больше, чем у Луны) и звезду, похожую на Солнце, или относящуюся к спектральным классам K и M.

Авторы пришли к выводу, что подходящие условия могут складываться. В первом случае для этого нужна достаточно большая экзолуна (не менее половины радиуса Луны), так как в противном случае она должна обращаться очень близко, что приведет к ее разрушению. Во втором случае, если планета-гигант будет похожа на Юпитер, а спутник — на Землю, то фотосинтез теоретически возможен при расстоянии между телами в диапазоне от 10 до 30—70 (в зависимости от типа звезды) радиусов Юпитера.

Астрономы заключили, что в пространстве параметров размеров тел и расстояний между ними можно найти достаточно большую область, в которой свойства оказываются благоприятными для фотосинтеза. Тем не менее, активность подобной гипотетической биосферы может быть гораздо ниже, чем у Земли: чистый прирост первичной продукции может быть на 5 порядков меньше. Также подобная ситуация крайне маловероятна у самых распространенных и легких звезд с массой не более 0,2 солнечных, так как из-за близости к светилу экзолуна будет испытывать большие возмущения и не сможет достаточно долгое время находиться на стабильной орбите.

Ранее ученые нашли первый пример организма с генами для хлорофилла и без фотосинтеза, открыли превращающие свет в электричество камни, собрали в искусственной клетке аппарат фотосинтеза и предложили терраформировать Марс теплицами из аэрогеля.

Тимур Кешелава