Ученые из Эдинбургского университета (Великобритания) допустили, что в атмосферах коричневых карликов — объектов, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, могут обитать живые организмы. Исследование, доступное в библиотеке электронных препринтов arXiv.org, основывается на работе американских ученых Карла Сагана и Эдвина Салпитера, опубликованной 40 лет назад.
В кубическом метре газовой оболочки Земли содержится, по разным оценкам, от тысячи до миллиона микробов, размеры пятой части из которых в поперечном сечении превышают 0,5 микрометра. Время нахождения этих микроорганизмов в атмосфере не определено, однако известно, что некоторые из них проявляют метаболическую активность, особенно в облаках. Это позволяет предположить, что в плотных атмосферах других планет могут обитать живые организмы. Кроме Земли, в Солнечной системе плотные газовые оболочки есть, например, на Венере: на высоте около 55 километров от ее поверхности температуры сравнимы с земными, и в присутствии воды, вероятно, там могли бы какое-то время обитать микроорганизмы.
В 1976 году Саган и Салпитер попробовали на примере Юпитера описать существ, которые могли бы обитать в атмосферах газовых гигантов. По мнению авторов исследования, в них, за счет конвекции (из-за внутренних источников тепла) и солнечного излучения, могла бы существовать устойчивая экосистема из четырех типов организмов. Сверху бы располагались первичные фотосинтезирующие автотрофы. Ниже — более крупные автотрофы или гетеротрофы, а также хищники. Четвертая группа организмов обитала бы в условиях крайне высоких температур.
Британские ученые пошли дальше американских и предположили, что жизнь может быть в верхних слоях атмосферы коричневых карликов спектрального класса Y — ультрахолодных планетоподобных объектов, массы которых недостаточно для поддержания продолжительного течения термоядерных реакций . Самым удачным кандидатом на обитаемость, по мнению авторов, является WISE J0855-0714. Коричневый карлик расположен на расстоянии 7,2 светового года от Земли в созвездии Гидры, в пять раз крупнее Юпитера, а температура верхних слоев его атмосферы составляет минус 23 градуса Цельсия. Это означает, что в газовой оболочке субзвездного (планетоподобного) объекта существуют облака из жидкой или замороженной воды.
Скорее всего, атмосферы ультрахолодных коричневых карликов сильно запылены. Это означает, что в них присутствуют заряженные аэрозольные частицы, которые могут обеспечить производство соединений, необходимых для жизни. О коричневых карликах спектрального класса Y известно мало, однако данные о более теплых субзвездах классов M, L и T свидетельствуют, что в них есть все химические элементы для производства аммиака, водорода, воды, метана, азота, гидросульфида аммония и сульфида натрия.
Используя модели пищевых цепочек фитопланктонов, британские авторы описали эволюцию микробной экосистемы в атмосфере небесного тела, подобного WISE J0855-0714. Модель, предложенная авторами, позволяет, по их словам, оценить вероятность выживания тех или иных организмов в различных условиях окружающей среды. Входные параметры теории следующие: верхние слои атмосферы коричневого карлика примерно на 85 процентов состоят из водорода и на 15 — из гелия, зона обитаемости расположена в верхнем слое газовой оболочки толщиной около ста километров, температура в нем меняется от минус 23 градусов Цельсия (наверху) до минус 73 (в глубине). Оценки скорости конвективного переноса газовых масс, используемые учеными, — несколько метров в секунду или же практически полное отсутствие ветра.
Представление об организмах, которые бы обитали в WISE J0855-0714, ученые почерпнули из работы Сагана и Салпитера. Типичный обитатель Юпитера или ультрахолодного коричневого карлика моделируется организмом сферической формы, который характеризуется своими радиусом и массой, а также толщиной и плотностью покрова, проницаемого для атмосферных газов. Например, плотность покрова такого микроба оценивалась учеными в 0,5-1,5 грамма на кубический сантиметр, тогда как значение этого же параметра для населяющих Землю бактерий и человека — примерно 1 грамм на кубический сантиметр. Плотность внутри оболочки, для простоты, ученые приняли равной плотности атмосферы снаружи — 0,4-1,2 миллиграмма на кубический сантиметр.
Рост размеров организмов происходит за счет потребления биомассы, а движение — только за счет конвекции. Время жизни ограничено наступлением сроков естественной смерти (половина проживших 30 суток микробов погибает) и доступом к питательным ресурсам. Вне верхнего слоя толщиной сто километров, в пределах которого в зависимости от своей массы распределены организмы, жизни нет.
Начальные условия для распространения жизни в пределах этого слоя следующие: скорость конвективного переноса — десять метров в секунду, начальное население — сто микроорганизмов с общей массой одна миллиардная грамма, распределенных радиально в слое случайным образом. Ученые рассмотрели две тысячи лет эволюции подобной экосистемы. Оказалось, что она становится устойчивой уже через несколько лет, самыми жизнеспособными организмами в этом случае оказались микробы, которые в десять раз крупнее земных (с массой десять в минус двенадцатой степени грамм и диаметром 0,0001 сантиметра).
Ученые пробовали поменять некоторые начальные условия, чтобы оценить их влияние на динамику системы в будущем. Оказалось, что уменьшение скорости конвективных потоков приводит к снижению массы организмов. В случае, когда ветров почти нет, масса существ будет сравнима с таковой для земных вирусов. Так где же искать миры с подобной жизнью?
По оценкам ученых, в Млечном Пути находится несколько миллиардов ультрахолодных карликов, из них около десяти — на расстоянии десяти парсек от Земли. Коричневые карлики могут существовать в устойчивом состоянии до десяти миллиардов лет — этого более чем достаточно, по мнению ученых, для того, чтобы в их пределах развилась примитивная жизнь. С течением времени, по мере охлаждения небесного тела, экосистема будет все больше опускаться в глубь субзвезды, что, как полагают авторы, скажется на эволюции существ.
Несмотря на кажущуюся фантастичность, работа ученых, как отметили в Science, не лишена смысла. Обнаружение подобных миров, в случае их реальности, потребует высокоточных спектральных методов, которые позволили бы отследить биологические сигнатуры, характерные для живых организмов, прежде всего метан и кислород, и отделить их от процессов неживой природы.
