Je, mimea inaonekanaje kwenye exoplanets nyingine?

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Utafutaji wa maisha ya nje sio tena uwanja wa hadithi za kisayansi au wawindaji wa UFO. Pengine teknolojia za kisasa bado hazijafikia kiwango kinachohitajika, lakini kwa msaada wao tayari tunaweza kutambua maonyesho ya kimwili na kemikali ya michakato ya msingi ya viumbe hai.

Wanaastronomia wamegundua zaidi ya sayari 200 zinazozunguka nyota nje ya mfumo wa jua. Hadi sasa hatuwezi kutoa jibu lisilo na utata juu ya uwezekano wa kuwepo kwa maisha juu yao, lakini hii ni suala la muda tu. Mnamo Julai 2007, baada ya kuchambua mwanga wa nyota ambao ulipitia angahewa ya exoplanet, wanaastronomia walithibitisha uwepo wa maji juu yake. Darubini sasa zinatengenezwa ambazo zitafanya uwezekano wa kutafuta athari za maisha kwenye sayari kama vile Dunia kwa mwonekano wao.

Moja ya mambo muhimu yanayoathiri wigo wa mwanga unaoonyeshwa na sayari inaweza kuwa mchakato wa photosynthesis. Lakini hii inawezekana katika ulimwengu mwingine? Kabisa! Duniani, photosynthesis ndio msingi wa karibu vitu vyote vilivyo hai. Licha ya ukweli kwamba viumbe vingine vimejifunza kuishi kwenye halijoto ya juu zaidi katika methane na katika matundu ya hewa ya baharini, tunadaiwa utajiri wa mifumo ikolojia kwenye uso wa sayari yetu kwa mwanga wa jua.

Kwa upande mmoja, katika mchakato wa photosynthesis, oksijeni hutolewa, ambayo, pamoja na ozoni inayoundwa kutoka kwayo, inaweza kupatikana katika anga ya sayari. Kwa upande mwingine, rangi ya sayari inaweza kuonyesha uwepo wa rangi maalum, kama vile klorofili, kwenye uso wake. Karibu karne moja iliyopita, baada ya kugundua giza la msimu wa uso wa Mirihi, wanaastronomia walishuku kuwepo kwa mimea juu yake. Majaribio yamefanywa kugundua ishara za mimea ya kijani kibichi katika wigo wa mwanga unaoakisiwa kutoka kwenye uso wa sayari. Lakini mashaka ya njia hii ilionekana hata na mwandishi Herbert Wells, ambaye katika kitabu chake "Vita vya Ulimwengu" alisema: "Ni wazi, ufalme wa mboga wa Mirihi, tofauti na ule wa kidunia, ambapo kijani kibichi hutawala, ina damu- rangi nyekundu." Sasa tunajua kwamba hakuna mimea kwenye Mars, na kuonekana kwa maeneo ya giza juu ya uso kunahusishwa na dhoruba za vumbi. Wells mwenyewe alikuwa na hakika kwamba rangi ya Mirihi haijaamuliwa hata kidogo na mimea inayofunika uso wake.

Hata duniani, viumbe vya photosynthetic havipunguki kwa kijani: mimea mingine ina majani nyekundu, na mwani mbalimbali na bakteria ya photosynthetic shimmer na rangi zote za upinde wa mvua. Na bakteria za zambarau hutumia mionzi ya infrared kutoka kwa Jua pamoja na mwanga unaoonekana. Kwa hivyo ni nini kitatawala kwenye sayari zingine? Na tunawezaje kuona hili? Jibu linategemea njia ambazo photosynthesis ya kigeni inachukua mwanga wa nyota yake, ambayo hutofautiana katika asili ya mionzi kutoka kwa Jua. Kwa kuongeza, muundo tofauti wa anga pia huathiri muundo wa spectral wa tukio la mionzi kwenye uso wa sayari.

Nyota za darasa la spectral M (vijeba nyekundu) hung'aa kidogo, kwa hivyo mimea kwenye sayari zinazofanana na Dunia karibu nao lazima ziwe nyeusi ili kunyonya mwanga mwingi iwezekanavyo. Nyota za M vijana huchoma uso wa sayari na miale ya ultraviolet, kwa hivyo viumbe lazima viwe vya majini. Jua letu ni la daraja la G. Na karibu na nyota za daraja la F, mimea hupokea mwanga mwingi na lazima iakisi sehemu yake muhimu.

Ili kufikiria photosynthesis itakuwaje katika ulimwengu mwingine, kwanza unahitaji kuelewa jinsi mimea inavyofanya Duniani. Wigo wa nishati ya mwanga wa jua una kilele katika eneo la bluu-kijani, ambalo lilifanya wanasayansi kujiuliza kwa muda mrefu kwa nini mimea haipati mwanga wa kijani unaopatikana zaidi, lakini, kinyume chake, kutafakari? Ilibadilika kuwa mchakato wa photosynthesis hautegemei sana kwa jumla ya nishati ya jua, lakini kwa nishati ya picha za kibinafsi na idadi ya picha zinazounda mwanga.

Kila fotoni ya bluu hubeba nishati zaidi kuliko nyekundu, lakini jua hutoa nyekundu. Mimea hutumia picha za bluu kwa sababu ya ubora wao, na nyekundu kwa sababu ya wingi wao. Urefu wa mwanga wa kijani kibichi uko kati ya nyekundu na bluu, lakini fotoni za kijani hazitofautiani katika upatikanaji au nishati, kwa hivyo mimea haitumii.

Wakati wa usanisinuru kurekebisha atomi moja ya kaboni (inayotokana na kaboni dioksidi, CO₂) katika molekuli ya sukari, angalau fotoni nane zinahitajika, na kwa kupasua kwa dhamana ya hidrojeni-oksijeni katika molekuli ya maji (H₂O) - moja tu. Katika kesi hii, elektroni ya bure inaonekana, ambayo ni muhimu kwa majibu zaidi. Kwa jumla, kwa malezi ya molekuli moja ya oksijeni (O₂) vifungo vinne vile vinahitaji kuvunjwa. Kwa mmenyuko wa pili wa kuunda molekuli ya sukari, angalau fotoni nne zaidi zinahitajika. Ikumbukwe kwamba photon lazima iwe na nishati kidogo ili kushiriki katika photosynthesis.

Njia ambayo mimea huchukua mwanga wa jua kwa kweli ni moja ya maajabu ya asili. Rangi ya photosynthetic haitokei kama molekuli ya mtu binafsi. Wanaunda vikundi vinavyojumuisha, kana kwamba, ya antena nyingi, ambazo kila moja imeundwa ili kutambua fotoni za urefu fulani wa wimbi. Klorofili hufyonza mwanga mwekundu na buluu, ilhali rangi za karotenoidi zinazotoa majani ya vuli nyekundu na manjano huona kivuli tofauti cha buluu. Nishati zote zinazokusanywa na rangi hizi hutolewa kwa molekuli ya klorofili iliyoko kwenye kituo cha majibu, ambapo maji hugawanyika na kuunda oksijeni.

Mchanganyiko wa molekuli katika kituo cha athari inaweza kutekeleza athari za kemikali ikiwa tu inapokea fotoni nyekundu au kiwango sawa cha nishati katika aina nyingine. Ili kutumia fotoni za buluu, rangi za antena hubadilisha nishati yao ya juu kuwa nishati ya chini, kama vile msururu wa transfoma zinazoshuka chini zinavyopunguza volti 100,000 za njia ya umeme hadi voti 220 za ukuta. Mchakato huanza wakati fotoni ya bluu inapopiga rangi ambayo inachukua mwanga wa bluu na kuhamisha nishati kwa moja ya elektroni katika molekuli yake. Wakati elektroni inarudi kwenye hali yake ya awali, hutoa nishati hii, lakini kutokana na hasara za joto na vibrational, chini ya kufyonzwa.

Hata hivyo, molekuli ya rangi hutoa nishati iliyopokea si kwa namna ya photon, lakini kwa namna ya mwingiliano wa umeme na molekuli nyingine ya rangi, ambayo ina uwezo wa kunyonya nishati ya kiwango cha chini. Kwa upande wake, rangi ya pili hutoa nishati kidogo, na mchakato huu unaendelea hadi nishati ya fotoni ya asili ya bluu inashuka hadi kiwango cha nyekundu.

Kituo cha majibu, kama sehemu ya mwisho ya mteremko, hubadilishwa ili kunyonya fotoni zinazopatikana kwa nishati kidogo. Juu ya uso wa sayari yetu, fotoni nyekundu ni nyingi zaidi na wakati huo huo zina nishati ya chini kati ya fotoni kwenye wigo unaoonekana.

Lakini kwa photosynthesizers chini ya maji, fotoni nyekundu si lazima ziwe nyingi zaidi. Eneo la mwanga linalotumiwa kwa usanisinuru hubadilika na kina kama maji, vitu vilivyoyeyushwa ndani yake, na viumbe vilivyo kwenye tabaka za juu huchuja mwanga. Matokeo yake ni stratification wazi ya aina hai kwa mujibu wa seti yao ya rangi. Viumbe kutoka kwenye tabaka za kina zaidi za maji vina rangi ambazo zimeunganishwa kwa mwanga wa rangi hizo ambazo hazikuingizwa na tabaka zilizo juu. Kwa mfano, mwani na sianea zina rangi ya phycocyanin na phycoerythrin, ambayo inachukua fotoni za kijani na njano. Katika anoksijeni (yaani.bakteria zisizozalisha oksijeni ni bacteriochlorophyll, ambayo inachukua mwanga kutoka sehemu nyekundu na karibu na infrared (IR), ambayo inaweza tu kupenya vilindi vya maji vya giza.

Viumbe ambavyo vimezoea mwanga hafifu huwa vinakua polepole zaidi kwa sababu wanapaswa kufanya kazi kwa bidii ili kunyonya mwanga wote unaopatikana kwao. Juu ya uso wa sayari, ambapo mwanga ni mwingi, itakuwa mbaya kwa mimea kutoa rangi nyingi, kwa hiyo hutumia rangi kwa kuchagua. Kanuni sawa za mageuzi zinapaswa kufanya kazi katika mifumo mingine ya sayari pia.

Kama vile viumbe wa majini wamezoea mwanga unaochujwa na maji, wakaaji wa nchi kavu wamezoea mwanga unaochujwa na gesi za angahewa. Katika sehemu ya juu ya angahewa ya dunia, fotoni nyingi zaidi ni za manjano, zenye urefu wa 560-590 nm. Idadi ya fotoni hupungua polepole kuelekea mawimbi marefu na hupasuka ghafla kuelekea mafupi. Mwangaza wa jua unapopita kwenye angahewa ya juu, mvuke wa maji hufyonza IR katika bendi kadhaa zenye urefu wa zaidi ya nm 700. Oksijeni hutoa safu nyembamba ya njia za kunyonya karibu na 687 na 761 nm. Kila mtu anajua kwamba ozoni (Oh₃) katika stratosphere inachukua kikamilifu mwanga wa ultraviolet (UV), lakini pia inachukua kidogo katika eneo linaloonekana la wigo.

Kwa hivyo, angahewa yetu huacha madirisha ambayo mionzi inaweza kufikia uso wa sayari. Aina mbalimbali za mionzi inayoonekana ni mdogo kwa upande wa bluu kwa kukatwa kwa kasi kwa wigo wa jua katika eneo fupi la urefu wa mawimbi na ufyonzaji wa UV na ozoni. Mpaka mwekundu unafafanuliwa na mistari ya kunyonya oksijeni. Kilele cha idadi ya fotoni hubadilishwa kutoka njano hadi nyekundu (takriban 685 nm) kutokana na kunyonya kwa kiasi kikubwa kwa ozoni katika eneo linaloonekana.

Mimea hubadilishwa kwa wigo huu, ambayo imedhamiriwa hasa na oksijeni. Lakini ni lazima ikumbukwe kwamba mimea yenyewe hutoa oksijeni kwa anga. Wakati viumbe vya kwanza vya photosynthetic vilionekana duniani, kulikuwa na oksijeni kidogo katika angahewa, hivyo mimea ilipaswa kutumia rangi nyingine isipokuwa klorofili. Tu baada ya kupita kwa muda, wakati photosynthesis ilibadilisha muundo wa anga, klorofili ikawa rangi bora zaidi.

Ushahidi wa kuaminika wa usanisinuru una umri wa miaka bilioni 3.4, lakini mabaki ya awali yanaonyesha dalili za mchakato huu. Viumbe vya kwanza vya photosynthetic vilipaswa kuwa chini ya maji, kwa sehemu kwa sababu maji ni kutengenezea vizuri kwa athari za biochemical, na pia kwa sababu hutoa ulinzi kutoka kwa mionzi ya jua ya UV, ambayo ilikuwa muhimu kwa kutokuwepo kwa safu ya ozoni ya anga. Viumbe vile vilikuwa bakteria ya chini ya maji ambayo ilifyonza fotoni za infrared. Athari zao za kemikali zilijumuisha hidrojeni, sulfidi hidrojeni, chuma, lakini si maji; kwa hiyo, hawakutoa oksijeni. Na tu 2, bilioni 7 miaka iliyopita, cyanobacteria katika bahari ilianza photosynthesis ya oksijeni na kutolewa kwa oksijeni. Kiasi cha oksijeni na safu ya ozoni iliongezeka polepole, ikiruhusu mwani mwekundu na kahawia kupanda juu. Na wakati kiwango cha maji katika maji ya kina kinatosha kulinda dhidi ya UV, mwani wa kijani ulionekana. Walikuwa na phycobiliproteini chache na walikuwa bora ilichukuliwa na mwanga mkali karibu na uso wa maji. Miaka bilioni 2 baada ya oksijeni kuanza kujilimbikiza angani, wazao wa mwani wa kijani kibichi - mimea - walionekana kwenye ardhi.

Flora imepata mabadiliko makubwa - aina mbalimbali zimeongezeka kwa kasi: kutoka kwa mosses na ini ya ini hadi mimea ya mishipa yenye taji ya juu, ambayo inachukua mwanga zaidi na inachukuliwa kwa maeneo tofauti ya hali ya hewa. Taji za miti ya coniferous huchukua mwanga kwa ufanisi katika latitudo za juu, ambapo jua ni vigumu kupanda juu ya upeo wa macho. Mimea inayopenda kivuli hutoa anthocyanin ili kulinda dhidi ya mwanga mkali. Klorofili ya kijani sio tu imechukuliwa vizuri kwa muundo wa kisasa wa anga, lakini pia husaidia kudumisha, kuweka sayari yetu ya kijani. Inawezekana kwamba hatua inayofuata ya mageuzi itatoa faida kwa viumbe vinavyoishi katika kivuli chini ya taji za miti na hutumia phycobilins kunyonya mwanga wa kijani na njano. Lakini wenyeji wa tier ya juu, inaonekana, watabaki kijani.

Kuchora dunia nyekundu

Wanapotafuta rangi za usanisinuru kwenye sayari katika mifumo mingine ya nyota, wanaastronomia wanapaswa kukumbuka kwamba vitu hivi viko katika hatua tofauti za mageuzi. Kwa mfano, wanaweza kukutana na sayari inayofanana na Dunia, tuseme, miaka bilioni 2 iliyopita. Inapaswa pia kukumbushwa katika akili kwamba viumbe vya kigeni vya photosynthetic vinaweza kuwa na mali ambazo si tabia ya "jamaa" zao za duniani. Kwa mfano, wanaweza kugawanya molekuli za maji kwa kutumia fotoni za urefu wa mawimbi.

Kiumbe kirefu zaidi cha urefu wa mawimbi Duniani ni bakteria ya zambarau isiyo na oksijeni, ambayo hutumia mionzi ya infrared yenye urefu wa takriban 1015 nm. Wamiliki wa rekodi kati ya viumbe vya oksijeni ni cyanobacteria ya baharini, ambayo inachukua saa 720 nm. Hakuna kikomo cha juu cha urefu wa mawimbi ambayo imedhamiriwa na sheria za fizikia. Ni kwamba tu mfumo wa usanisinuru unapaswa kutumia idadi kubwa ya fotoni za urefu wa mawimbi ikilinganishwa na za urefu mfupi.

Kipengele cha kuzuia sio aina mbalimbali za rangi, lakini wigo wa mwanga unaofikia uso wa sayari, ambayo inategemea aina ya nyota. Wanaastronomia huainisha nyota kulingana na rangi zao, kutegemea halijoto, ukubwa na umri. Sio nyota zote zipo kwa muda wa kutosha kwa maisha kutokea na kukua kwenye sayari jirani. Nyota zimeishi kwa muda mrefu (ili kupunguza joto) za madarasa ya spectral F, G, K, na M. Jua ni la darasa la G. F-class nyota ni kubwa na angavu kuliko Jua, huwaka, na kutoa mwangaza zaidi. mwanga wa bluu na kuungua katika takriban miaka bilioni 2. Nyota za daraja la K na M ni ndogo kwa kipenyo, hafifu, nyekundu na kuainishwa kuwa za muda mrefu.

Karibu na kila nyota kuna kinachojulikana kama "eneo la maisha" - anuwai ya obiti, ambayo sayari zina joto la lazima kwa uwepo wa maji ya kioevu. Katika mfumo wa jua, eneo kama hilo ni pete iliyofungwa na njia za Mirihi na Dunia. Nyota za Hot F zina eneo la maisha mbali zaidi na nyota, huku nyota baridi zaidi za K na M zikiwa nazo karibu. Sayari katika eneo la uhai la nyota za F-, G- na K hupokea takribani kiwango sawa cha mwanga unaoonekana kama vile Dunia inavyopokea kutoka kwa Jua. Kuna uwezekano kwamba uhai unaweza kutokea juu yao kulingana na usanisinuru wa oksijeni sawa na Duniani, ingawa rangi ya rangi inaweza kubadilishwa ndani ya safu inayoonekana.

Nyota za aina ya M, ziitwazo dwarfs nyekundu, zinawavutia sana wanasayansi kwani ndizo nyota zinazojulikana zaidi katika Galaxy yetu. Hutoa mwanga unaoonekana kidogo kuliko Jua: kilele cha nguvu katika wigo wao hutokea karibu na IR. John Raven, mwanabiolojia katika Chuo Kikuu cha Dundee huko Scotland, na Ray Wolstencroft, mwanaastronomia katika Royal Observatory huko Edinburgh, wamependekeza kwamba photosynthesis ya oksijeni inawezekana kinadharia kwa kutumia fotoni karibu na infrared. Katika hali hii, viumbe vitalazimika kutumia fotoni tatu au hata nne za IR kuvunja molekuli ya maji, wakati mimea ya nchi kavu hutumia fotoni mbili tu, ambazo zinaweza kulinganishwa na hatua za roketi ambayo hutoa nishati kwa elektroni kutekeleza kemikali. mwitikio.

Nyota wachanga wa M huonyesha miale mikali ya UV ambayo inaweza kuepukwa tu chini ya maji. Lakini safu ya maji pia inachukua sehemu zingine za wigo, kwa hivyo viumbe vilivyo kwenye kina kitakuwa havina mwanga. Ikiwa ndivyo, basi photosynthesis kwenye sayari hizi haiwezi kuendeleza. Kadiri umri wa nyota ya M-M, kiasi cha mionzi ya ultraviolet iliyotolewa hupungua, katika hatua za baadaye za mageuzi inakuwa chini ya jua letu linatoa. Katika kipindi hiki, hakuna haja ya safu ya ozoni ya kinga, na maisha juu ya uso wa sayari yanaweza kusitawi hata ikiwa haitoi oksijeni.

Kwa hivyo, wanaastronomia wanapaswa kuzingatia matukio manne yanayowezekana kulingana na aina na umri wa nyota.

Maisha ya Bahari ya Anaerobic. Nyota katika mfumo wa sayari ni mchanga, wa aina yoyote. Viumbe hai vinaweza kutokeza oksijeni. Angahewa inaweza kujumuisha gesi zingine kama vile methane.

Maisha ya Bahari ya Aerobic. Nyota sio mchanga tena, wa aina yoyote. Muda wa kutosha umepita tangu kuanza kwa photosynthesis ya oksijeni kwa mkusanyiko wa oksijeni katika anga.

Maisha ya ardhi ya Aerobic. Nyota imekomaa, ya aina yoyote. Ardhi imefunikwa na mimea. Maisha Duniani ni katika hatua hii tu.

Maisha ya ardhi ya Anaerobic. Nyota ya M iliyofifia na mionzi dhaifu ya UV. Mimea hufunika ardhi lakini haiwezi kutoa oksijeni.

Kwa kawaida, maonyesho ya viumbe vya photosynthetic katika kila kesi hizi itakuwa tofauti. Uzoefu wa kurusha sayari yetu kutoka kwa satelaiti unaonyesha kuwa haiwezekani kugundua maisha katika kina cha bahari kwa kutumia darubini: matukio mawili ya kwanza hayatuahidi alama za rangi za maisha. Nafasi pekee ya kuipata ni kutafuta gesi za anga za asili ya kikaboni. Kwa hivyo, watafiti wanaotumia mbinu za rangi kutafuta maisha ya kigeni watalazimika kuzingatia kusoma mimea ya ardhini yenye usanisinuru wa oksijeni kwenye sayari karibu na nyota za F-, G- na K, au kwenye sayari za nyota za M, lakini kwa aina yoyote ya usanisinuru.

Dalili za maisha

Dutu ambazo, pamoja na rangi ya mimea, zinaweza kuwa ishara ya uwepo wa maisha

Oksijeni (O₂) na maji (H₂O) … Hata kwenye sayari isiyo na uhai, mwanga kutoka kwa nyota mama huharibu molekuli za mvuke wa maji na hutoa kiasi kidogo cha oksijeni katika anga. Lakini gesi hii huyeyuka haraka ndani ya maji na pia husafisha miamba na gesi za volkeno. Kwa hiyo, ikiwa oksijeni nyingi huonekana kwenye sayari yenye maji ya kioevu, ina maana kwamba vyanzo vya ziada vinazalisha, uwezekano mkubwa wa photosynthesis.

Ozoni (O₃) … Katika stratosphere ya Dunia, mwanga wa ultraviolet huharibu molekuli za oksijeni, ambazo, zinapounganishwa, huunda ozoni. Pamoja na maji ya kioevu, ozoni ni kiashiria muhimu cha maisha. Wakati oksijeni inaonekana katika wigo unaoonekana, ozoni inaonekana katika infrared, ambayo ni rahisi kutambua kwa darubini fulani.

Methane (CH₄) pamoja na oksijeni, au mizunguko ya msimu … Mchanganyiko wa oksijeni na methane ni vigumu kupata bila photosynthesis. Mabadiliko ya msimu katika mkusanyiko wa methane pia ni ishara ya uhakika ya maisha. Na kwenye sayari iliyokufa, mkusanyiko wa methane ni karibu mara kwa mara: hupungua polepole tu mwanga wa jua unapovunja molekuli.

Chloromethane (CH₃Cl) … Duniani, gesi hii hutengenezwa kwa kuchoma mimea (hasa katika moto wa misitu) na kwa kuangaziwa na jua kwenye planktoni na klorini katika maji ya bahari. Oxidation huiharibu. Lakini utoaji dhaifu wa M-stars unaweza kuruhusu gesi hii kujilimbikiza kwa kiasi kinachopatikana kwa usajili.

Oksidi ya nitrojeni (N₂O) … Wakati viumbe vinaoza, nitrojeni hutolewa kwa namna ya oksidi. Vyanzo visivyo vya kibaolojia vya gesi hii havijalishi.

Nyeusi ni kijani kipya

Bila kujali sifa za sayari, rangi za photosynthetic lazima zikidhi mahitaji sawa na Duniani: kunyonya fotoni na urefu mfupi wa wimbi (nishati ya juu), na urefu mrefu zaidi wa wimbi (ambalo kituo cha majibu hutumia), au kinachopatikana zaidi. Ili kuelewa jinsi aina ya nyota huamua rangi ya mimea, ilikuwa ni lazima kuchanganya jitihada za watafiti kutoka kwa utaalam tofauti.

Mwangaza wa nyota unapita

Rangi ya mimea inategemea wigo wa mwanga wa nyota, ambao wanaastronomia wanaweza kuona kwa urahisi, na ufyonzwaji wa mwanga kwa hewa na maji, ambao mwandishi na wenzake waliiga kulingana na uwezekano wa muundo wa angahewa na mali ya maisha. Picha "Katika ulimwengu wa sayansi"

Martin Cohen, mwanaastronomia katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, alikusanya data kuhusu nyota ya F (Bootes sigma), nyota ya K (epsilon Eridani), nyota ya M (AD Leo), na utulivu wa kufikirika M. -nyota yenye joto 3100 ° C. Mwanaastronomia Antigona Segura wa Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Kujiendesha katika Jiji la Mexico amefanya maiga ya kompyuta ya tabia ya sayari zinazofanana na Dunia katika eneo la maisha linalozunguka nyota hizi. Kwa kutumia vielelezo vya Alexander Pavlov wa Chuo Kikuu cha Arizona na James Kasting wa Chuo Kikuu cha Pennsylvania, Segura alichunguza mwingiliano wa mionzi kutoka kwa nyota na sehemu zinazowezekana za angahewa ya sayari (ikizingatiwa kuwa volkeno hutoa gesi sawa juu yao na Duniani), akijaribu. kubaini angahewa za utungaji wa kemikali ambazo hazina oksijeni na yaliyomo karibu na ile ya dunia.

Kwa kutumia matokeo ya Segura, mwanafizikia wa Chuo Kikuu cha London, Giovanna Tinetti, alikokotoa ufyonzwaji wa mionzi katika angahewa ya sayari kwa kutumia kielelezo cha David Crisp katika Maabara ya Jet Propulsion huko Pasadena, California, ambayo ilitumiwa kukadiria mwangaza wa paneli za jua kwenye virurushi vya Mirihi. Kufasiri hesabu hizi kulihitaji juhudi za pamoja za wataalam watano: mwanabiolojia Janet Siefert katika Chuo Kikuu cha Rice, wanakemia Robert Blankenship katika Chuo Kikuu cha Washington huko St. na mimi, mtaalamu wa hali ya hewa kutoka Taasisi ya Utafiti wa Anga ya NASA ya Goddard.

Tulihitimisha kuwa miale ya buluu yenye kilele cha nm 451 mara nyingi hufikia nyuso za sayari karibu na nyota za daraja la F. Karibu na nyota za K, kilele iko kwenye 667 nm, hii ni kanda nyekundu ya wigo, ambayo inafanana na hali ya Dunia. Katika kesi hii, ozoni ina jukumu muhimu, na kufanya mwanga wa nyota F-bluer, na mwanga wa nyota za K-nyekundu kuliko ilivyo kweli. Inabadilika kuwa mionzi inayofaa kwa photosynthesis katika kesi hii iko katika eneo linaloonekana la wigo, kama ilivyo duniani.

Kwa hivyo, mimea kwenye sayari karibu na nyota F na K inaweza kuwa na karibu rangi sawa na ile ya Duniani. Lakini katika nyota F, mtiririko wa fotoni za bluu zenye nishati ni nyingi sana, kwa hivyo mimea lazima iakisishe angalau kwa kiasi kwa kutumia rangi zinazolinda kama vile anthocyanin, ambayo itaipa mimea rangi ya samawati. Hata hivyo, wanaweza tu kutumia picha za bluu kwa photosynthesis. Katika kesi hii, mwanga wote katika safu kutoka kijani hadi nyekundu unapaswa kuonyeshwa. Hii itasababisha mkato mahususi wa samawati katika wigo wa mwanga unaoakisiwa ambao unaweza kuonekana kwa urahisi na darubini.

Kiwango kikubwa cha halijoto kwa nyota za M kinapendekeza rangi mbalimbali za sayari zao. Ikizunguka nyota ya M iliyotulia, sayari hupokea nusu ya nishati ambayo Dunia hupokea kutoka kwa Jua. Na ingawa hii, kimsingi, inatosha kwa maisha - hii ni mara 60 zaidi ya inavyohitajika kwa mimea inayopenda kivuli Duniani - picha nyingi zinazotoka kwa nyota hizi ni za eneo la karibu-IR la wigo. Lakini mageuzi inapaswa kusababisha kuibuka kwa aina mbalimbali za rangi ambazo zinaweza kutambua wigo mzima wa mwanga unaoonekana na wa infrared. Mimea inayofyonza takriban miale yake yote inaweza kuonekana kuwa nyeusi.

Nukta ndogo ya zambarau

Historia ya maisha duniani inaonyesha kwamba viumbe vya mapema vya sayari ya baharini kwenye sayari zilizo karibu na nyota za daraja F, G, na K vinaweza kuishi katika angahewa isiyo na oksijeni na kuendeleza mfumo wa usanisinuru wa oksijeni, ambao baadaye ungesababisha kuonekana kwa mimea ya nchi kavu.. Hali na nyota za darasa la M ni ngumu zaidi. Matokeo ya mahesabu yetu yanaonyesha kuwa mahali pazuri pa photosynthesizers ni m 9 chini ya maji: safu ya kina hiki hunasa mwanga wa uharibifu wa ultraviolet, lakini inaruhusu mwanga unaoonekana wa kutosha kupita. Kwa kweli, hatutagundua viumbe hivi kwenye darubini zetu, lakini vinaweza kuwa msingi wa maisha ya ardhini. Kimsingi, kwenye sayari karibu na nyota za M, maisha ya mmea, kwa kutumia rangi tofauti, yanaweza kuwa tofauti kama vile Duniani.

Lakini je, darubini za angani za wakati ujao zitatuwezesha kuona athari za uhai kwenye sayari hizi? Jibu linategemea nini kitakuwa uwiano wa uso wa maji na kutua kwenye sayari. Katika darubini za kizazi cha kwanza, sayari zitaonekana kama pointi, na uchunguzi wa kina wa uso wao hauko nje ya swali. Yote ambayo wanasayansi watapata ni wigo wa jumla wa mwanga unaoakisiwa. Kulingana na mahesabu yake, Tinetti anasema kuwa angalau 20% ya uso wa sayari lazima iwe ardhi kavu iliyofunikwa na mimea na isiyofunikwa na mawingu ili kutambua mimea kwenye wigo huu. Kwa upande mwingine, kadiri eneo la bahari linavyokuwa kubwa, ndivyo oksijeni nyingi zaidi za photosynthesizers za baharini zinavyotoa kwenye angahewa. Kwa hivyo, kadiri viashiria vya rangi vinavyotamkwa zaidi, ndivyo inavyokuwa ngumu zaidi kugundua viashiria vya oksijeni, na kinyume chake. Wanaastronomia wataweza kugundua mojawapo au nyingine, lakini si zote mbili.

Watafuta sayari

Shirika la Anga za Juu la Ulaya (ESA) linapanga kurusha chombo cha Darwin katika miaka 10 ijayo ili kuchunguza mwonekano wa sayari za anga za juu. Mtafuta Sayari Kama Sayari wa NASA atafanya vivyo hivyo ikiwa shirika hilo litapata ufadhili. Chombo cha anga za juu cha COROT, kilichozinduliwa na ESA mnamo Desemba 2006, na chombo cha angani cha Kepler, kilichoratibiwa na NASA kuzinduliwa mwaka wa 2009, vimeundwa kutafuta upungufu mdogo wa mwangaza wa nyota wakati sayari zinazofanana na Dunia zinapopita mbele yao. Chombo cha NASA cha SIM kitatafuta mitetemo hafifu ya nyota chini ya ushawishi wa sayari.

Uwepo wa maisha kwenye sayari zingine - maisha halisi, sio tu visukuku au vijidudu ambavyo huishi kwa shida katika hali mbaya - vinaweza kugunduliwa katika siku za usoni. Lakini ni nyota gani tunapaswa kujifunza kwanza? Je! tutaweza kusajili wigo wa sayari ziko karibu na nyota, ambayo ni muhimu sana katika kesi ya nyota za M? Je, darubini zetu zinapaswa kuona katika safu zipi na kwa azimio gani? Kuelewa misingi ya usanisinuru kutatusaidia kuunda zana mpya na kutafsiri data tunayopokea. Shida za ugumu kama huo zinaweza kutatuliwa tu kwenye makutano ya sayansi anuwai. Kufikia sasa tuko mwanzoni mwa njia. Uwezekano wenyewe wa kutafuta maisha ya nje ya dunia unategemea jinsi tunavyoelewa kwa undani misingi ya maisha hapa Duniani.