Компьютерное моделирование доказало, что кометы способны заносить сложные молекулы, из которых может возникнуть жизнь на планеты. В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society A, ученые назвали типы звезд и планет, на которые кометы могли занести «кирпичики жизни».
Возникновение жизни на Земле и возможное существование ее на других планетах предполагает наличие на них в определенный момент эволюции ряда пребиотических молекул, на основе которых в дальнейшем развивались различные формы организмов. Возникнуть такие молекулы могли двумя способами. Первый предполагает синтез молекул на самой Земле, например при участии разряда молнии, бомбардировке атмосферы протонами космического излучения, фотохимическими процессами в атмосфере, или при падении на Землю высокоскоростного космического тела. Однако эффективность таких процессов зависит от степени окисленности атмосферы, и, чем выше эта степень, тем вероятность такого события ниже.
Поэтому более привлекательной выглядит гипотеза экзогенного происхождения таких молекул, которые могли быть занесены на Землю кометами, астероидами и космической пылью. Недавний анализ грунта, доставленного с астероида Рюгу миссией «Хаябуса», показал наличие в нем ряда аминокислот, ароматических углеводородов, азотсодержащих гетероциклических соединений и витамина Б3.
Известно, что кометы также содержат пребиотические молекулы, а сильные азот-углеродные связи внутри молекул синильной кислоты HCN позволили бы молекуле не разрушиться при вхождении кометы в атмосферу планеты. Однако расчеты показывают, что для успешного занесения сложных молекул на планету комета должна двигаться относительно медленно, не быстрее 15 км/с, в противном случае высокая температура при входе в атмосферу разрушит эти молекулы.
Зная это, ученые под руководством Ричарда Энслоу из Института астрономии Кембриджского университета решили смоделировать процесс занесения пребиотических молекул кометами на планеты вокруг других звезд и понять, для каких планет это возможно.
«Мы все время узнаем новое про атмосферы экзопланет, и мы захотели узнать, существуют ли планеты, куда сложные молекулы тоже могли быть занесены кометами, — пояснил он. — Возможно, что молекулы, давшие старт жизни на Земле, занесены кометами, и так могло произойти с другими планетами в галактике».
В Солнечной системе большинство комет находится внутри Пояса Койпера за орбитой Нептуна. При столкновениях между телами пояса и гравитационных взаимодействиях некоторые кометы могут срываться со своих орбит и притяжением Нептуна направляться во внутреннюю часть Солнечной системы — к Земле, Марсу, Венере.
Решая с помощью компьютерного моделирования так называемую задачу N тел, ученые пришли к выводу, что занесение кометами сложных молекул на планеты в других планетных системах возможно, но лишь в определенных конфигурациях. Для звезд типа Солнца такие планеты должны обладать малой массой и находиться рядом с другими планетами этой системы.
Близость соседних планет становится еще более важным фактором вблизи более легких звезд, где типичные скорости комет значительно выше. В таких системах комета может быть притянута гравитацией одной планеты, потом захвачена другими планетами, пока не столкнется с одной из них. Если такая «передача» кометы случится несколько раз, ее скорость может упасть так, что пребиотические молекулы сохранятся при ее вхождении в атмосферу.
«В таких плотно упакованных планетных системах каждая планета имеет шанс повлиять на комету и захватить ее, — считает Энслоу. — Возможно, этот механизм определяет то, как пребиотические молекулы оказываются на планетах».
Однако такой механизм едва ли возможен в случае легких звезд, планеты вокруг которых разбросаны по широким орбитам. Кометы на такие планеты должны падать с высокими скоростями, что ставит под вопрос сохранность сложных молекул при ударе. По словам ученых, эти выводы можно использовать при определении планетных систем, на которых имеет смысл искать следы жизни.
Схематичная диаграмма планетной системы. Кометы, попадающие во внутренние области с низкой скоростью, отмечены нижними стрелками, с высокой — верхними
Institute of Astronomy / University of Cambridge
«Прекрасно, что мы можем определять тип систем, которые хорошо использовать для тестирования различных сценариев происхождения жизни, — считает Энслоу. — Это новый способ взглянуть на огромную работу, которая уже была проделана на Земле. Какие молекулярные механизмы привели к колоссальному разнообразию жизни, наблюдаемому вокруг нас? Существуют ли другие планеты, на которых подобные механизмы существуют? В это восхитительное время мы можем объединять достижения в астрономии и химии, чтобы ответить на некоторые из самых фундаментальных вопросов мироздания».