Башка экзопланеталарда өсүмдүктөр кандай көрүнөт?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

Жерден тышкаркы жашоону издөө мындан ары илимий фантастика же UFO мергенчилери эмес. Балким, заманбап технологиялар талап кылынган деңгээлге жете элек, бирок алардын жардамы менен биз тирүү жандыктардын негизги процесстеринин физикалык жана химиялык көрүнүштөрүн аныктай алабыз.

Астрономдор Күн системасынын сыртында жылдыздарды айланып жүргөн 200дөн ашык планетаны табышты. Азырынча биз аларда жашоонун бар болуу ыктымалдыгы жөнүндө так жооп бере албайбыз, бирок бул убакыт маселеси. 2007-жылдын июль айында астрономдор экзопланетанын атмосферасы аркылуу өткөн жылдыз жарыгын анализдегенден кийин анда суунун бар экенин тастыкташкан. Азыр Жер сыяктуу планеталардагы жашоонун изин спектрлери боюнча издөөгө мүмкүндүк берүүчү телескоптор иштелип жатат.

Планетанын чагылган нурунун спектрине таасир этүүчү маанилүү факторлордун бири фотосинтез процесси болушу мүмкүн. Бирок бул башка дүйнөдө мүмкүнбү? Абдан! Жерде фотосинтез дээрлик бардык жандыктар үчүн негиз болуп саналат. Кээ бир организмдер метандагы жана океандын гидротермалдык вентиляторлорунда жогорку температурада жашоого үйрөнүшкөнүнө карабастан, биз планетабыздын бетиндеги экосистемалардын байлыгы үчүн күн нуруна милдеттүүбүз.

Бир жагынан, фотосинтез процессинде кычкылтек пайда болот, ал андан пайда болгон озон менен бирге планетанын атмосферасында кездешет. Башка жагынан алганда, планетанын түсү анын бетинде хлорофилл сыяктуу өзгөчө пигменттердин бар экенин көрсөтүшү мүмкүн. Дээрлик бир кылым мурун, Марстын бетинин мезгилдик карарып жатканын байкап, астрономдор анда өсүмдүктөр бар деп шектенишкен. Планетанын бетинен чагылган жарыктын спектринде жашыл өсүмдүктөрдүн белгилерин аныктоо аракети жасалды. Бирок бул мамиленин күмөндүүлүгүн жазуучу Герберт Уэллс да көргөн, ал өзүнүн "Дүйнөлөрдүн согушунда" мындай деп белгилеген: "Албетте, жашыл түс басымдуулук кылган жердегиден айырмаланып, Марстын жашылча королдугунда кан бар. Кызыл түс." Биз азыр Марста эч кандай өсүмдүктөр жок экенин билебиз, ал эми бетинде караңгы жерлердин пайда болушу чаң бороондор менен байланыштуу. Уэллс өзү Марстын түсү анын бетин каптаган өсүмдүктөр менен аныктала тургандыгына ынанган.

Жерде деле фотосинтездештируучу организмдер жашыл түс менен эле чектелбейт: кээ бир өсүмдүктөрдүн жалбырактары кызыл, ал эми ар кандай балырлар жана фотосинтетикалык бактериялар асан-үсөндүн бардык түстөрү менен жылтылдап турат. Ал эми кызгылт көк түстөгү бактериялар көзгө көрүнгөн жарыктан тышкары Күндүн инфракызыл нурун колдонушат. Анда башка планеталарда эмне болот? Анан муну кантип көрө алабыз? Бул суроонун жообу бөтөн фотосинтез өзүнүн жылдызынын жарыгын ассимиляциялоо механизмдеринен көз каранды, ал Күндөн келген радиациянын мүнөзү боюнча айырмаланат. Мындан тышкары, атмосферанын башка курамы да планетанын бетине түшкөн радиациянын спектралдык курамына таасирин тийгизет.

М спектралдык класстагы жылдыздар (кызыл эргежээлдер) алсыз жаркырап турат, ошондуктан аларга жакын жердеги планеталардагы өсүмдүктөр жарыкты мүмкүн болушунча көбүрөөк сиңирүү үчүн кара түстө болушу керек. Жаш М-жылдыздар планеталардын бетин ультра кызгылт нурлар менен күйгүзүшөт, андыктан ал жердеги организмдер сууда жашоого тийиш. Биздин Күн G классы. Ал эми F классындагы жылдыздардын жанында өсүмдүктөр өтө көп жарык алышат жана анын маанилүү бөлүгүн чагылдырышы керек.

Башка ааламдарда фотосинтез кандай болорун элестетүү үчүн алгач өсүмдүктөрдүн жер бетинде аны кантип ишке ашырарын түшүнүшүңүз керек. Күн нурунун энергетикалык спектри көк-жашыл чөлкөмдө чокусуна ээ, бул илимпоздорду эмне үчүн өсүмдүктөр эң жеткиликтүү жашыл жарыкты сиңирип алышпайт, тескерисинче, аны чагылдыра албайт деп көптөн бери ойлонууга мажбур кылды. Фотосинтез процесси күн энергиясынын жалпы көлөмүнө эмес, жеке фотондордун энергиясына жана жарыкты түзгөн фотондордун санына көз каранды экени белгилүү болду.

Ар бир көк фотон кызылга караганда көбүрөөк энергия алып келет, бирок күн көбүнчө кызылды чыгарат. Өсүмдүктөр сапаты үчүн көк фотондорду, санына байланыштуу кызылды колдонушат. Жашыл жарыктын толкун узундугу так кызыл менен көктүн ортосунда болот, бирок жашыл фотондор жеткиликтүүлүгү же энергиясы боюнча айырмаланбайт, ошондуктан өсүмдүктөр аларды колдонушпайт.

Фотосинтез учурунда бир көмүртек атомун бекитүү үчүн (көмүр кычкыл газынан, CO₂) кант молекуласында, жок эле дегенде, сегиз фотон талап кылынат, ал эми суу молекуласында суутек-кычкылтек байланышын ажыратуу үчүн (H)₂О) - бир эле. Бул учурда, андан ары реакция үчүн зарыл болгон эркин электрон пайда болот. Бардыгы болуп бир кычкылтек молекуласынын пайда болушу үчүн (О₂) Мындай төрт байланышты үзүү керек. Кант молекуласын пайда кылуу үчүн экинчи реакция үчүн дагы кеминде төрт фотон талап кылынат. Белгилей кетчү нерсе, фотондун фотосинтезге катышуу үчүн минималдуу энергиясы болушу керек.

Өсүмдүктөрдүн күндүн нурун сиңирүү жолу – чынында эле жаратылыштын кереметтеринин бири. Фотосинтездик пигменттер жеке молекулалар катары кездешпейт. Алар ар бири белгилүү бир толкун узундуктагы фотондорду кабыл алуу үчүн ыңгайлаштырылган көптөгөн антенналардан турган кластерлерди түзөт. Хлорофилл биринчи кезекте кызыл жана көк жарыкты сиңирет, ал эми күзгү жалбырактарды кызыл жана сары берген каротиноиддик пигменттери көктүн башка түсүн кабылдайт. Бул пигменттер чогулткан бардык энергия реакция борборунда жайгашкан хлорофилл молекуласына жеткирилет, ал жерде суу бөлүнүп кычкылтек пайда болот.

Реакция борборундагы молекулалар комплекси кызыл фотондорду же башка формада ага барабар көлөмдөгү энергияны алганда гана химиялык реакцияларды жүргүзө алат. Көгүлтүр фотондорду колдонуу үчүн антенна пигменттери жогорку энергияны төмөнкү энергияга айландырышат, бир катар төмөндөтүүчү трансформаторлор 100 000 вольт электр линиясын 220 вольттук розеткага азайтат. Процесс көк фотон көк нурду жутуп алган жана энергияны анын молекуласындагы электрондордун бирине өткөргөн пигментке тийгенде башталат. Электрон баштапкы абалына кайтып келгенде, бул энергияны бөлүп чыгарат, бирок жылуулук жана термелүү жоготууларынан улам, сиңгенден азыраак.

Бирок пигмент молекуласы алынган энергиядан фотон түрүндө эмес, төмөнкү деңгээлдеги энергияны өзүнө сиңире алган башка пигмент молекуласы менен электрдик өз ара аракеттенүү түрүндө баш тартат. Өз кезегинде экинчи пигмент дагы азыраак энергия бөлүп чыгарат жана бул процесс баштапкы көк фотондун энергиясы кызыл деңгээлге түшкөнгө чейин уланат.

Реакция борбору каскадын кабыл алуучу учу катары, минималдуу энергия менен колдо болгон фотондорду сиңирүүгө ылайыкташкан. Биздин планетанын бетинде кызыл фотондор эң көп жана ошол эле учурда көрүнүүчү спектрдеги фотондор арасында эң аз энергияга ээ.

Бирок суу астындагы фотосинтезчилер үчүн кызыл фотондор эң көп болушу шарт эмес. Фотосинтез үчүн колдонулган жарыктын аянты суу, андагы эриген заттар сыяктуу тереңдикке жараша өзгөрөт жана үстүнкү катмарлардагы организмдер жарыкты чыпкалайт. Натыйжада тирүү формалардын пигменттердин топтомуна ылайык так стратификациясы пайда болот. Суунун терең катмарындагы организмдерде жогорудагы катмарлар сиңирбеген түстөрдүн жарыгына ылайыкталган пигменттери бар. Мисалы, балырларда жана цианеяда жашыл жана сары фотондорду сиңирүүчү фикоцианин жана фикоэритрин пигменттери бар. Аноксигендик (б.а.кычкылтек чыгаруучу эмес) бактериялар - бул бактериохлорофилл, ал алыскы кызыл жана жакынкы инфракызыл (ИК) аймактардан жарыкты сиңирип алат, ал суунун түнт тереңдигине гана кире алат.

Жарыктын аздыгына ыңгайлашкан организмдер жай өсөт, анткени алар колдо болгон бардык жарыкты сиңирүү үчүн көбүрөөк иштеши керек. Жарык көп болгон планетанын бетинде өсүмдүктөр үчүн ашыкча пигменттерди пайда кылуу зыяндуу болмок, ошондуктан алар түстөрдү тандап колдонушат. Ошол эле эволюциялык принциптер башка планета системаларында да иштеши керек.

Суу жандыктары суу менен чыпкаланган жарыкка ыңгайлашкан сыяктуу, жерде жашагандар да атмосфералык газдар аркылуу чыпкаланган жарыкка ыңгайлашкан. Жер атмосферасынын жогорку бөлүгүндө эң көп фотондор сары түстө, толкун узундугу 560-590 нм. Фотондордун саны узун толкундарга карай акырындык менен азайып, кыска толкундарга карай бир заматта үзүлөт. Күн нуру атмосферанын үстүнкү катмарынан өткөндө, суу буусу 700 нмден узунураак бир нече тилкелерде ИК-ны сиңирет. Кычкылтек 687 жана 761 нмге жакын жутуу линияларынын тар диапазонунда пайда кылат. Бул озонду баары билет (Ох₃) стратосферада ультра кызгылт көк (УК) нурларды активдүү сиңирет, бирок ал спектрдин көрүнгөн аймагында да бир аз сиңет.

Ошентип, биздин атмосфера радиация планетанын бетине жете турган терезелерди калтырат. Көзгө көрүнгөн радиациянын диапазону көк тараптан кыска толкун узундуктагы аймакта күн спектринин кескин түрдө кесилиши жана озон тарабынан УК сиңирүү менен чектелет. Кызыл чек кычкылтек сиңирүү сызыктары менен аныкталат. Көзгө көрүнгөн аймакта озондун кеңири сиңишине байланыштуу фотондордун санынын чокусу сарыдан кызылга (болжол менен 685 нм) жылат.

Өсүмдүктөр бул спектрге ыңгайлашкан, ал негизинен кычкылтек менен аныкталат. Бирок өсүмдүктөрдүн өздөрү атмосфераны кычкылтек менен камсыз кылаарын эстен чыгарбоо керек. Жер бетинде алгачкы фотосинтетикалык организмдер пайда болгондо атмосферада кычкылтек аз болгондуктан, өсүмдүктөр хлорофиллден башка пигменттерди колдонууга аргасыз болгон. Убакыттын өтүшү менен гана, фотосинтез атмосферанын курамын өзгөрткөндө, хлорофилл оптималдуу пигмент болуп калды.

Фотосинтездин ишеничтүү фоссил далилдери болжол менен 3,4 миллиард жыл, бирок мурунку фоссил калдыктары бул процесстин белгилерин көрсөтөт. Биринчи фотосинтетикалык организмдер суу астында болушу керек болчу, себеби суу биохимиялык реакциялар үчүн жакшы эриткич болуп саналат, ошондой эле ал атмосферанын озон катмары жок болгон учурда маанилүү болгон күндүн УК нурлануусунан коргоону камсыз кылат. Мындай организмдер инфракызыл фотондорду сиңирген суу астындагы бактериялар болгон. Алардын химиялык реакцияларына суутек, күкүрт суутек, темир, бирок суу кирген эмес; ошондуктан алар кычкылтек чыгарышкан эмес. Ал эми мындан 2,7 миллиард жыл мурун гана океандардагы цианобактериялар кычкылтектин чыгышы менен кычкылтектүү фотосинтезди баштаган. Кычкылтектин жана озон катмарынын көлөмү акырындык менен көбөйүп, кызыл жана күрөң балырлардын жер бетине чыгышына шарт түздү. Ал эми тайыз суулардагы суунун деңгээли ультрафиолет нурларынан коргоого жетиштүү болгондо жашыл балырлар пайда болгон. Аларда фикобилипротеиндер аз болгон жана суунун бетине жакын жаркыраган жарыкка жакшы ыңгайлашкан. Атмосферада кычкылтек чогула баштагандан 2 миллиард жылдан кийин кургактыкта жашыл балырлардын - өсүмдүктөрдүн тукумдары пайда болгон.

Өсүмдүк дүйнөсү олуттуу өзгөрүүлөргө дуушар болгон – формалардын түрдүүлүгү тездик менен көбөйгөн: мох жана боор чөптөрдөн баштап жарыкты көбүрөөк сиңирип алган жана ар кандай климаттык зоналарга ыңгайлашкан бийик таажылуу тамырлуу өсүмдүктөргө чейин. Ийне жалбырактуу дарактардын конус таажылары күн горизонттон дээрлик көтөрүлбөгөн бийик кеңдиктерде жарыкты эффективдүү сиңирет. Көлөкө сүйүүчү өсүмдүктөр жаркыраган жарыктан коргоо үчүн антоцианинди чыгарышат. Жашыл хлорофилл атмосферанын заманбап курамына жакшы ыңгайлашып гана тим болбостон, планетабызды жашыл кылып сактап калууга да жардам берет. Эволюциянын кийинки кадамы бак-дарактардын таажы астында көлөкөдө жашаган жана жашыл жана сары жарыкты сиңирүү үчүн фикобилиндерди колдонгон организмге артыкчылык бериши мүмкүн. Ал эми жогорку катмардын тургундары, сыягы, жашыл бойдон кала берет.

Дүйнөнү кызылга боёо

Башка жылдыз системаларындагы планеталарда фотосинтездик пигменттерди издеп жатып, астрономдор бул объекттер эволюциянын ар кандай баскычтарында экенин эстен чыгарбашы керек. Мисалы, алар 2 миллиард жыл мурун Жерге окшош планетага туш болушу мүмкүн. Ошондой эле бөтөн фотосинтездөөчү организмдердин жердеги "туугандарына" мүнөздүү болбогон касиеттерге ээ болушу мүмкүн экенин да эстен чыгарбоо керек. Мисалы, алар узунураак толкун узундуктагы фотондорду колдонуу менен суу молекулаларын бөлүүгө жөндөмдүү.

Жер бетиндеги эң узун толкун узундуктагы организм - бул кызгылт көк түстөгү аноксигендик бактерия, ал толкун узундугу болжол менен 1015 нм болгон инфракызыл нурланууну колдонот. Кычкылтектүү организмдердин рекордчулары деңиз цианобактериялары болуп саналат, алар 720 нмде сиңишет. Толкун узундугунун физика мыйзамдары менен аныкталган жогорку чеги жок. Жөн гана фотосинтездөө системасы кыска толкундууларга салыштырмалуу узун толкун узундуктагы фотондорду көбүрөөк колдонууга туура келет.

Чектөөчү фактор пигменттердин ар түрдүүлүгү эмес, планетанын бетине жеткен жарыктын спектри, ал өз кезегинде жылдыздын түрүнө жараша болот. Астрономдор жылдыздарды температурасына, өлчөмүнө жана жашына жараша түсүнө жараша классификациялашат. Коңшу планеталарда жашоо жаралышы жана өнүгүүсү үчүн бардык жылдыздар жетиштүү эмес. Жылдыздар узак жашашат (температуранын төмөндөшү боюнча) спектралдык класстардын F, G, K, M. Күн G классына кирет. F классындагы жылдыздар Күндөн чоңураак жана жаркыраган, алар күйүп, жарыгын чыгарышат. көк жарык жана болжол менен 2 миллиард жылдан кийин күйүп кетет. К жана М классындагы жылдыздар диаметри боюнча кичирээк, бүдөмүк, кызылыраак жана узак жашашат.

Ар бир жылдыздын айланасында "жашоо зонасы" деп аталган бир катар орбиталар бар, аларда планеталар суюк суунун болушу үчүн зарыл болгон температурага ээ. Күн системасында мындай зона Марстын жана Жердин орбиталары менен чектелген шакекче болуп саналат. Ысык F жылдыздарынын жашоо зонасы жылдыздан алысыраак, ал эми муздак К жана М жылдыздары жакыныраак. F-, G- жана К-жылдыздардын жашоо зонасында жайгашкан планеталар Жер Күндөн алгандай эле көрүнүүчү жарыкты алышат. Пигменттердин түсү көрүнгөн диапазондо жылдырылышы мүмкүн болсо да, аларда жашоо Жердегидей кычкылтектүү фотосинтездин негизинде пайда болушу мүмкүн.

Кызыл эргежээлдер деп аталган М тибиндеги жылдыздар илимпоздорду өзгөчө кызыктырат, анткени алар биздин Галактикадагы жылдыздардын эң кеңири тараган түрү. Алар Күнгө караганда байкаларлык азыраак көрүнгөн жарыкты чыгарышат: алардын спектриндеги интенсивдүүлүк чокусу IR-га жакын жерде болот. Шотландиядагы Данди университетинин биологу Жон Равен жана Эдинбургдагы Королдук обсерваториянын астроному Рэй Волстенкрофт жакын инфракызыл фотондорду колдонуу менен кычкылтектүү фотосинтез теориялык жактан мүмкүн экенин айтышты. Бул учурда организмдер суу молекуласын сындыруу үчүн үч же төрт IR фотонду колдонушу керек болот, ал эми жердеги өсүмдүктөр химиялык процессти ишке ашыруу үчүн электронго энергия берген ракетанын кадамдарына окшош эки гана фотонду колдонушат. реакция.

Жаш M жылдыздары суунун астында гана болтурбай турган күчтүү УК жарыгын көрсөтөт. Бирок суу тилкеси спектрдин башка бөлүктөрүн да сиңирип алат, андыктан тереңдикте жайгашкан организмдер жарыкка абдан жетишпей калат. Андай болсо, анда бул планеталарда фотосинтез өнүкпөй калышы мүмкүн. М-жылдызынын жашы өткөн сайын бөлүнүп чыгуучу ультра кызгылт көк нурлануунун көлөмү азаят, эволюциянын кийинки этаптарында ал биздин Күн чыгаргандан азыраак болот. Бул мезгилде коргоочу озон катмарына муктаждык жок жана планеталардын бетинде жашоо кычкылтек чыгарбаса да гүлдөп-өнүгө алат.

Ошентип, астрономдор жылдыздын түрүнө жана жашына жараша мүмкүн болгон төрт сценарийди карап чыгышы керек.

Анаэробдук океандагы жашоо. Планетардык системадагы жылдыз жаш, бардык түрдөгү жылдыз. Организмдер кычкылтек чыгарбашы мүмкүн. Атмосфера метан сыяктуу башка газдардан да турушу мүмкүн.

Океандагы аэробдук жашоо. Жылдыз жаш эмес, ар кандай түрү. Атмосферада кычкылтектин топтолушу үчүн кычкылтектүү фотосинтез башталгандан бери жетиштүү убакыт өттү.

Аэробдук кургактагы жашоо. Жылдыз жетилген, ар кандай түрдөгү. Жер өсүмдүктөр менен капталган. Жердеги жашоо дал ушул этапта.

Жердеги анаэробдук жашоо. Ультрафиолет нурлануусу начар М жылдызы. Өсүмдүктөр жерди каптайт, бирок кычкылтек чыгара албайт.

Албетте, бул жагдайлардын ар биринде фотосинтетикалык организмдердин көрүнүштөрү ар кандай болот. Биздин планетаны спутниктерден атуу тажрыйбасы телескоптун жардамы менен океандын тереңдигинде жашоону аныктоо мүмкүн эмес экенин көрсөтүп турат: биринчи эки сценарий бизге жашоонун түстүү белгилерин убада кылбайт. Аны табууга бирден-бир мүмкүнчүлүк органикалык келип чыккан атмосфералык газдарды издөө болуп саналат. Ошондуктан, келгин жашоону издөө үчүн түстүү ыкмаларды колдонгон изилдөөчүлөр F-, G- жана К-жылдыздарына жакын планеталарда же M-жылдыздар планеталарында кычкылтектүү фотосинтези бар, бирок фотосинтездин ар кандай түрү бар кургактагы өсүмдүктөрдү изилдөөгө басым жасашы керек.

Жашоонун белгилери

Өсүмдүктөрдүн түсүнөн тышкары, жашоонун бар экендигинин белгиси боло турган заттар

Кычкылтек (О₂) жана суу (H₂О) … Жансыз планетада да ата-жылдыздын жарыгы суу буусунун молекулаларын жок кылып, атмосферада аз өлчөмдө кычкылтек чыгарат. Бирок бул газ сууда тез эрийт, ошондой эле тоо тектерин жана жанар тоо газдарын кычкылдандырат. Демек, суюк суусу бар планетада көп кычкылтек байкалса, бул кошумча булактар аны, кыязы, фотосинтезди чыгарат дегенди билдирет.

Озон (О₃) … Жердин стратосферасында ультрафиолет нуру кычкылтек молекулаларын жок кылат, алар бириккенде озонду түзөт. Суюк суу менен бирге озон жашоонун маанилүү көрсөткүчү болуп саналат. Кычкылтек көрүнүүчү спектрде көрүнүп турса, озон инфракызыл нурда көрүнүп турат, аны кээ бир телескоптор менен аныктоо оңой.

Метан (CH₄) плюс кычкылтек, же сезондук циклдер … Кычкылтек менен метандын айкалышы фотосинтезсиз алуу кыйын. Метандын концентрациясынын мезгилдүү өзгөрүшү да жашоонун ишенимдүү белгиси. Ал эми өлүк планетада метандын концентрациясы дээрлик туруктуу: ал күн нуру молекулаларды ыдыраткан сайын акырындык менен азаят.

Хлорометан (CH₃Cl) … Жерде бул газ өсүмдүктөрдү күйгүзгөндө (негизинен токой өртүндө) жана планктондо күн нурунун жана деңиз суусунда хлордун таасиринен пайда болот. Оксидация аны жок кылат. Бирок M-жылдыздардын салыштырмалуу начар эмиссиясы бул газдын каттоо үчүн жеткиликтүү өлчөмдө топтолушуна мүмкүндүк берет.

Азот оксиди (N₂О) … Организмдер ажыроодо азот оксид түрүндө бөлүнүп чыгат. Бул газдын биологиялык эмес булактары жокко эсе.

Кара - жаңы жашыл

Планетанын өзгөчөлүктөрүнө карабастан, фотосинтездик пигменттер Жердегидей эле талаптарга жооп бериши керек: эң кыска толкун узундуктагы (жогорку энергиялуу), эң узун толкун узундуктагы (реакция борбору аны колдонот) же эң жеткиликтүү фотондорду сиңирүү. Жылдыздын түрү өсүмдүктөрдүн түсүн кантип аныктаарын түшүнүү үчүн ар кандай адистиктеги изилдөөчүлөрдүн күч-аракетин бириктирүү зарыл болгон.

Жылдыздын жарыгы өтүп жатат

Өсүмдүктөрдүн түсү астрономдор оңой байкай ала турган жылдыз нурунун спектрине жана аба менен суунун жарыкты сиңирүүсүнө жараша болот, аны автор жана анын кесиптештери атмосферанын ыктымал составына жана жашоонун касиеттерине таянып моделдеген. Сүрөт "Илим дүйнөсүндө"

Берклидеги Калифорния университетинин астроному Мартин Коэн F-жылдызы (Бутс сигма), К-жылдызы (epsilon Eridani), активдүү күйүп жаткан М-жылдызы (AD Leo) жана гипотетикалык тынч М. - 3100°С температурасы менен жылдыз. Мехико шаарындагы Улуттук автономиялык университеттин астроному Антигона Сегура бул жылдыздардын айланасындагы жашоо зонасында Жерге окшош планеталардын жүрүм-турумунун компьютердик симуляциясын жасады. Аризона университетинен Александр Павлов менен Пенсильвания университетинен Джеймс Кастингдин моделдерин колдонуп, Сегура жылдыздардан келген радиациянын планетардык атмосферанын ыктымал компоненттери менен өз ара аракеттенүүсүн изилдеген (вулкандар Жердегидей эле газдарды чыгарат деп ойлогон), кычкылтек жетишпеген жана анын мазмуну жерге жакын болгон атмосферанын химиялык курамын аныктоо.

Сегуранын жыйынтыктарын колдонуу менен Лондон университетинин коллежинин физиги Джованна Тинетти Калифорниянын Пасадена шаарындагы Jet Propulsion лабораториясында Дэвид Крисптин моделин колдонуп, планеталардын атмосферасындагы радиациянын жутулушун эсептеп чыкты, ал Марс роверлеринде күн панелдеринин жарыктанышын баалоо үчүн колдонулган. Бул эсептөөлөрдү чечмелөө беш эксперттин биргелешкен аракетин талап кылды: Райс университетинен микробиолог Джанет Сиферт, Сент-Луистеги Вашингтон университетинен биохимиктер Роберт Бланкеншип жана Урбанадагы Иллинойс университетинен Говинджи, планетаолог жана Вашингтон мамлекеттик университетинен Шампейн (Виктория Медоуз). жана мен, НАСАнын Годдард космостук изилдөө институтунун биометеорологу.

Биз 451 нм чокусу болгон көк нурлар көбүнчө F классындагы жылдыздардын жанындагы планеталардын беттерине жетет деген жыйынтыкка келдик. К-жылдыздардын жанында чоку 667 нмде жайгашкан, бул жер бетиндеги кырдаалга окшош спектрдин кызыл аймагы. Бул учурда озон маанилүү ролду ойнойт, F-жылдыздардын жарыгын көк, К-жылдыздардын жарыгын чындыгында караганда кызылыраак кылат. Көрсө, бул учурда фотосинтезге ылайыктуу нурлануу Жердегидей эле спектрдин көрүнгөн аймагында жатат.

Ошентип, F жана K жылдыздарынын жанындагы планеталардагы өсүмдүктөрдүн түсү Жердегилер менен дээрлик бирдей болушу мүмкүн. Бирок F жылдыздарында энергияга бай көк фотондордун агымы өтө күчтүү, ошондуктан өсүмдүктөр жок дегенде жарым-жартылай аларды антоцианин сыяктуу коргоочу пигменттердин жардамы менен чагылдырышы керек, бул өсүмдүктөргө көк түскө ээ болот. Бирок алар фотосинтез үчүн көк фотондорду гана колдоно алышат. Бул учурда, жашылдан кызылга чейинки диапазондогу бардык жарык чагылдырылышы керек. Бул телескоп менен оңой байкала турган чагылган жарык спектринде өзгөчө көк түстөгү үзүндү пайда кылат.

М жылдыздар үчүн кең температура диапазону алардын планеталары үчүн ар түрдүү түстөрдү сунуштайт. Тынч M-жылдызды айланып, планета Жер Күндөн алган энергиянын жарымын алат. Ал эми бул, негизи, жашоо үчүн жетиштүү болсо да - бул Жердеги көлөкөнү сүйүүчү өсүмдүктөр үчүн талап кылынгандан 60 эсе көп - бул жылдыздардан келген фотондордун көбү спектрдин IR-чөйрөсүнө тиешелүү. Бирок эволюция көрүнгөн жана инфракызыл жарыктын бүт спектрин кабыл ала турган ар түрдүү пигменттердин пайда болушуна алып келиши керек. Дээрлик бардык радиациясын өзүнө сиңирген өсүмдүктөр кара түстө да көрүнүшү мүмкүн.

Чакан кызгылт көк чекит

Жер бетиндеги жашоонун тарыхы F, G жана K классындагы жылдыздарга жакын планеталардагы алгачкы деңиздик фотосинтездөөчү организмдер биринчи кычкылтексиз атмосферада жашап, кычкылтектүү фотосинтез системасын өнүктүрө аларын көрсөтүп турат, бул кийинчерээк жердеги өсүмдүктөрдүн пайда болушуна алып келет.. М классындагы жылдыздар менен кырдаал татаалыраак. Биздин эсептөөлөрүбүздүн натыйжалары фотосинтезаторлор үчүн оптималдуу жер суунун астында 9 м экенин көрсөтүп турат: бул тереңдиктин катмары кыйратуучу ультра кызгылт көк нурду кармап турат, бирок көзгө көрүнгөн жарыктын жетиштүү өтүшүнө мүмкүндүк берет. Албетте, биз телескопторубузда бул организмдерди байкабайбыз, бирок алар кургактагы жашоонун негизи болуп калышы мүмкүн. Негизи М жылдыздарга жакын планеталарда ар кандай пигменттерди колдонуу менен өсүмдүктөрдүн жашоосу Жердегидей эле ар түрдүү болушу мүмкүн.

Бирок келечектеги космостук телескоптор бул планеталардагы жашоонун изин көрүүгө мүмкүнчүлүк береби? Жооп планетадагы суу бетинин кургактыкка катышы кандай болоруна көз каранды. Биринчи муундагы телескоптордо планеталар чекиттердей болуп көрүнөт жана алардын бетин толук изилдөө мүмкүн эмес. Окумуштуулар чагылган жарыктын жалпы спектрин ала алышат. Тинетти өзүнүн эсептөөлөрүнө таянып, бул спектрдеги өсүмдүктөрдү аныктоо үчүн планетанын бетинин жок дегенде 20% кургак жер болушу керек деп ырастайт. Экинчи жагынан, деңиз аянты канчалык чоң болсо, деңиз фотосинтезчилери атмосферага ошончолук көп кычкылтек чыгарышат. Демек, пигменттик биоиндикаторлор канчалык айкын болсо, кычкылтек биоиндикаторлорун байкоо ошончолук кыйын болот жана тескерисинче. Астрономдор экөөнү тең эмес, бирин же башкасын аныктай алышат.

Планета издегендер

Европа космостук агенттиги (ESA) жер үстүндөгү экзопланеталардын спектрин изилдөө үчүн жакынкы 10 жылда Дарвин кемесин учурууну пландоодо. НАСАнын Жерге окшош планета издөөчүсү, эгерде агенттик каржыланса, ошону жасайт. 2006-жылы декабрда ESA тарабынан учурулган COROT космостук аппараты жана НАСА 2009-жылы учурууга пландаштырылган Кеплер космостук кемеси жылдыздардын алдынан Жерге окшош планеталар өтүп баратканда алардын жарыктыгынын бир аз төмөндөшүн издөө үчүн иштелип чыккан. НАСАнын SIM космостук аппараты планеталардын таасири астында жылдыздардын алсыз термелүүсүн издейт.

Экстремалдуу шарттарда эптеп жашап жаткан фоссилдер же микробдор эмес, башка планеталарда жашоонун бар экендиги жакынкы келечекте табылышы мүмкүн. Бирок биринчи кезекте кайсы жылдыздарды изилдешибиз керек? Жылдыздарга жакын жайгашкан планеталардын спектрлерин каттай алабызбы, бул өзгөчө M жылдыздар үчүн маанилүү? Биздин телескоптор кандай диапазондо жана кандай резолюцияда байкоо жүргүзүшү керек? Фотосинтездин негиздерин түшүнүү бизге жаңы аспаптарды түзүүгө жана алынган маалыматтарды чечмелөөгө жардам берет. Мындай татаал маселелер ар кандай илимдердин кесилишинде гана чечилет. Азырынча биз жолдун башында гана турабыз. Жерден тышкаркы жашоону издөө мүмкүнчүлүгү биздин Жердеги жашоонун негиздерин канчалык терең түшүнгөнүбүздөн көз каранды.