Солнечные «супервспышки» в миллионы раз сильнее, чем что-либо сегодня, могли зажечь жизнь на Земле

Новое исследование предполагает, что жизнь на Земле могла быть вызвана огромными супервспышками на гиперактивном молодом солнце. Выстреливая заряженными частицами, обнаруженными в солнечном ветре, смесь газов, присутствующих в ранней атмосфере Земли, ученые обнаружили, что объединенные ингредиенты образуют значительное количество аминокислот и карбоновых кислот — строительных блоков для белков и всей органической жизни. 

Ученые ломали голову над условиями, которые зажгли жизнь на Земле с 1800-х годов, когда было высказано предположение, что жизнь могла зародиться в первичном химическом супе, называемом «теплым маленьким прудом». В 1950-х годах эксперименты, в которых газовые смеси метана, аммиака, воды и молекулярного водорода подвергались воздействию искусственной молнии, показали, что в результате этого процесса образовалось 20 различных аминокислот. 

Однако в последующие годы картина усложнилась. Ученые обнаружили, что ранняя атмосфера Земли была заполнена меньшим количеством аммиака и метана, чем считалось ранее, и большим количеством углекислого газа и молекулярного азота — оба эти газа представляют собой газы, для распада которых требуется гораздо больше энергии, чем может обеспечить только молния. 

Теперь новое исследование, опубликованное в журнале Life, объясняет, что космические лучи от мощных супервспышек могли обеспечить необходимый толчок для жизни на Земле. 

«Большинство исследователей игнорируют галактические космические лучи, потому что для них требуется специальное оборудование, такое как ускорители частиц», — сказал ведущий автор исследования Кенсей Кобаяши из Йокогамского национального университета в Японии.

Художественная концепция ранней Земли с неспокойным морем на переднем плане и сильным извержением вулкана на заднем плане, когда над головой сверкают молнии.

Звезды генерируют мощные магнитные поля, создаваемые потоком электрических зарядов в расплавленной плазме, бегущей вдоль и поперек их поверхности. Иногда эти линии магнитного поля скручиваются в изломы, а затем внезапно разрываются, высвобождая энергию в виде всплесков излучения, называемых солнечными вспышками, и взрывных струй солнечного материала, называемых выбросами корональной массы (CME).

Когда этот солнечный материал, состоящий в основном из электронов, протонов и альфа-частиц, сталкивается с магнитным полем Земли, он вызывает геомагнитную бурю, возбуждая молекулы в нашей атмосфере, создавая красочные полярные сияния, известные как северное сияние. Крупнейшей солнечной бурей в новейшей истории было событие Кэррингтона 1859 года, в результате которого было высвобождено примерно столько же энергии, сколько 10 миллиардов атомных бомб мощностью в 1 мегатонну, но даже это событие затмевается мощностью супервспышки, которая может быть от сотен до тысяч раз энергичнее.

Супервспышки такого типа обычно извергаются раз в 100 лет или около того, но, возможно, так было не всегда. Изучая данные миссии НАСА «Кеплер», которая в период с 2009 по 2018 год собирала информацию о планетах, подобных Земле, и их звездах, исследование 2016 года, опубликованное в журнале Nature Geoscience показало, что в течение первых 100 миллионов лет существования Земли Солнце было на 30% тусклее, но супервспышки вырывались с его поверхности каждые 3-10 дней. 

Чтобы увидеть, какую роль супервспышки могли сыграть в создании аминокислот на древней Земле, исследователи нового исследования объединили углекислый газ, молекулярный азот, воду и различное количество метана в смеси газов, которые они могли ожидать найти в нашей ранней атмосфере. Затем, выпустив газовые смеси с протонами из небольшого ускорителя частиц (известного как тандемный ускоритель) или воспламенив их искусственной молнией, ученые запустили производство аминокислот и карбоновых кислот — обе важные химические предпосылки для жизни.

По мере того, как исследователи увеличивали уровень метана, аминокислоты и карбоновые кислоты, порождаемые как протонами, так и ударами молнии, росли, но для их генерации на обнаруживаемых уровнях протонной смеси требовалось всего 0,5% концентрации метана, тогда как молниевым разрядам требовалось 15%. 

«И даже при 15% метана скорость производства аминокислот молнией в миллион раз меньше, чем протонами. В холодных условиях у вас никогда не бывает молний, а ранняя Земля находилась под довольно слабым солнцем. Это не означает, что это не могло произойти от молнии, но молнии сейчас кажутся менее вероятными, а солнечные частицы кажутся более вероятными», — сказал соавтор исследования Владимир Айрапетян Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.