Новое исследование показывает, что кометы, по всей вероятности, всё же не принесли на Землю компоненты, необходимые для возникновения жизни
Согласно результатам нового исследования, Марс мог быть более подходящим местом, чем Земля, для получения химических компонентов жизни, принесенных кометами, — хотя вероятность этого события остается крайне низкой.
Кометы долгое время рассматривались как возможные источники химических веществ, способствовавших зарождению жизни на Земле. Однако новое исследование показывает, что вероятность доставки этими ледяными гостьями молекул в достаточном количестве крайне мала. Это ставит под сомнение теорию, которая определяла научные представления на протяжении почти столетия.
Используя современные компьютерные модели, группа исследователей под руководством ученых из Кембриджского университета установила, что при столкновении с планетой кометы почти всегда уничтожают хрупкие органические соединения, не позволяя им принять участие в химических процессах, лежащих в основе зарождения жизни. Даже при самых благоприятных условиях успешная доставка таких веществ была бы крайне редким явлением. Результаты исследования, опубликованные в журнале Scientific Reports, также указывают на то, что на Марсе могли сложиться несколько более благоприятные условия для получения этих молекул.
Почему кометы вряд ли могли быть эффективными «переносчиками» компонентов жизни
Кометы содержат соединения углерода и азота, в том числе цианистый водород (HCN) — молекулу, участвующую в химических реакциях, в результате которых могут образовываться некоторые из важнейших «строительных блоков» жизни. Способность комет переносить подобные вещества по Солнечной системе сделала их ключевым элементом теорий о том, как на Земле зародилась пребиотическая химия.
«Исторически сложилось мнение, что кометы сыграли важную роль в возникновении жизни на Земле, поскольку они доставляли молекулы, содержащие углерод и азот. Эти гигантские "космические снежки" воспринимались своего рода универсальным решением — источником всех молекул, необходимых планете для зарождения жизни, — поясняет ведущий автор исследования доктор Ричард Анслоу из Института астрономии Кембриджского университета. — Это красивая, романтичная идея, но наши результаты показывают, что она крайне маловероятна».
Проблема заключается в разрушительной силе столкновений с кометами. Согласно результатам моделирования, кометы, как правило, приближаются к Земле на таких скоростях и под такими углами, что шансы на сохранность их «органического груза» крайне малы. Большая часть этих молекул при ударе испарилась бы, не достигнув поверхности в целости. К такому выводу исследователи пришли, объединив модели траекторий комет, их взаимодействия с атмосферой, физики столкновений, а также процессов формирования и эволюции популяций комет.
Даже успешное столкновение может не дать результата
Чтобы оценить вероятность успешной «доставки», ученые сосредоточились на циановодороде (HCN) — соединении, которое часто обнаруживают в кометах Солнечной системы. Расчеты показали, что столкновения, при которых это вещество могло бы уцелеть и попасть на поверхность в достаточно высокой концентрации, происходили крайне редко.
Кроме того, в первые 500 миллионов лет существования Земли количество комет, падающих на планету, резко сократилось. В результате возможностей для сколько-нибудь значимой доставки HCN было совсем немного — буквально единицы. Даже если бы часть молекул уцелела, они, скорее всего, рассеялись бы прежде, чем химические реакции, необходимые для зарождения жизни, успели бы зайти достаточно далеко.
«Это должно было быть событие из разряда "один шанс на миллион": мало того, что столкновение должно было произойти при строго определенных скорости и угле падения, так еще и все последующие процессы — накопление нужных концентраций веществ и запуск химических реакций, ведущих к возникновению жизни, — должны были сложиться самым удачным образом, — отмечает Анслоу. — Мы не можем полностью исключить, что все произошло именно так. Но, судя по всему, это крайне редкое явление — в лучшем случае, уникальная случайность».
Проверка теории, которой почти сто лет
Данное исследование развивает идеи, представленные в работе 2023 года. Тогда Анслоу с коллегами предположили, что наличие близко расположенных друг к другу планет могло способствовать доставке органических молекул кометами. В таких системах гравитационное взаимодействие с планетами могло приводить к тому, что кометы, перемещаясь от одной планеты к другой, постепенно теряли скорость. Это, в свою очередь, повышало шансы на то, что их «химический груз» мог пережить последующее столкновение с поверхностью.
В новой работе ученые проверили, могли ли подобные условия существовать в нашей Солнечной системе, опираясь на современные методы моделирования столкновений с кометами и динамики планет. «Мы постоянно узнаем всё больше о том, как сформировались Солнечная система и Земля. Сопоставляя эти знания с достижениями в области моделирования, мы смогли проверить гипотезу, которая существует уже почти столетие», — отмечает Анслоу.
Если кометы не были основным источником пребиотических молекул на Земле, существуют и другие объяснения. На раннем этапе развития Земли она гораздо чаще подвергалась ударам астероидов; такие столкновения могли запускать химические реакции, приводящие к образованию органических соединений. Согласно другой версии, необходимые компоненты могли возникнуть в результате химических процессов, происходивших непосредственно на самой Земле, без участия «поставок» из космоса.
На Марсе шансы могли быть выше
Хотя полученные результаты ставят под сомнение теорию о доставке веществ на Землю кометами, исследователи указывают, что для Марса этот сценарий выглядит несколько более вероятным. Марс меньше Земли, а его атмосфера значительно разреженнее — в таких условиях больше кометного вещества могло достигать поверхности планеты. Это повышало вероятность того, что органические молекулы могли уцелеть при столкновениях на раннем этапе истории Солнечной системы, когда падения комет случались гораздо чаще.
Впрочем, результаты моделирования не доказывают, что кометы действительно доставили пребиотические молекулы на Марс. Они лишь указывают на то, что такой процесс был там более возможен, чем на Земле.
«Разумеется, это не означает, что на Марсе всё произошло именно так, — говорит Анслоу. — Но если подобное событие могло произойти на Земле, то было бы странно, если бы оно не случилось на Марсе. Впрочем, существует и другой — возможно, более вероятный — вариант: этого не происходило ни на одной из планет».
Значение для поиска внеземной жизни
Эти выводы могут помочь астрономам оценить химические условия на планетах, вращающихся вокруг других звезд. В планетных системах, где несколько небесных тел расположены близко друг к другу, гравитационное взаимодействие может замедлить приближающиеся кометы, тем самым повышая шансы на успешную доставку органических молекул.
Будущие обсерватории — в том числе проекты, призванные прийти на смену космическому телескопу «Джеймс Уэбб» (JWST), например, «Обсерватория обитаемых миров» (Habitable Worlds Observatory), — могут помочь в изучении таких планетных систем. Выявление условий, при которых кометы, совершающие «отскоки» от атмосферы, способны просуществовать достаточно долго для доставки своего химического «груза», может стать одним из способов сузить круг поисков потенциально обитаемых миров.
