Кисень в атмосфері землеподібної екзопланети може утворитися і без участі живих організмів.
Появі в атмосфері нашої планети кисню приблизно 2.5 мільярди років тому ми зобов'язані предкам ціанобактерій, які «навчилися» фотосинтезу. Протягом наступних двох мільярдів років концентрація кисню в повітрі поступово зростала, поки не стабілізувалася близько сучасних 20%. Крім живих організмів, інших значущих джерел кисню на Землі немає і, швидше за все, ніколи не було, тому, за браком інших прикладів, кисень в атмосфері екзопланети вважається одним з найнадійніших свідчень існування на ній життя. Хоча інопланетна живність може і не виявляти себе кисневим «вихлопом» - як-не-як перші земні організми вели себе подібним чином цілий мільярд років. З іншого боку, і наявність кисню в атмосфері не обов'язково говорить про його біологічне походження. Ось на другому варіанті і зупинимося детальніше.
Група дослідників з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі і Вашингтонського університету вирішила пошукати такі варіанти, коли на екзопланеті, схожій на Землю, що обертається навколо зірки, схожої на Сонце, кисень в атмосфері може накопичитися без участі живих організмів. Це важливо, оскільки саме на землеподібних екзопланетах астрономи в першу чергу збираються шукати біомаркери - хімічні індикатори біологічних процесів. І саме під це завдання проектуються і створюються нові наземні та орбітальні телескопи. Тому знання обмежень у визначенні різних біомаркерів допоможе захистити дослідників від можливих розчарувань і заощадити час і ресурси на пошуки. Як пишуть вчені в AGU Advances, вони знайшли три сценарії, за якими в атмосфері екзопланети може накопичитися кисень. Всі три залежать від того, з яких умов стартує еволюція екзопланети.
По-перше, якщо в її атмосфері з самого початку вуглекислого газу буде більше, ніж води. Тоді за рахунок парникового ефекту температура поверхні екзопланети не дозволить водяному пару сконденсуватися. У верхніх шарах атмосфери молекули води під дією світла зірки будуть поступово розпадатися на кисень і водень, і останній за рахунок своєї більш легкої маси буде з більшою швидкістю забирається в космічний простір, а кисень буде залишатися.
По-друге, кисень може накопичитися в атмосфері у випадку, якщо на екзопланеті спочатку опиниться багато води. Коли її кількість в 10-200 разів більша, ніж обсяг земного Світового океану (нагадаємо, що ми говоримо про землеподібну планету), то, через короткий період, коли поверхня досить охолоне, всю екзопланету покриє товстий шар води. Великий тиск (а глибина такого супер океану буде більше 100 км), досить швидко зупинить рух екзопланетної кори. Атмосферний кисень міг би поглинатися деякими мінералами, але через завмирання тектонічного руху на поверхню не виходитимуть нові гірські породи, і відтік кисню з атмосфери буде вкрай повільним. Це знову ж таки дозволить йому нехай і не швидко, але накопичитися за рахунок розкладання води у верхніх шарах атмосфери і відлетучування водню.
У третьому сценарії небіологічного накопичення кисню, навпаки, замість «водного світу» потрібна «пустеля». Якщо на екзопланеті вихідно виявиться порівняно мало газоподібних речовин (в тому числі, води), то магматичний океан на її поверхні швидко охолоне, і утворюється тверда поверхня. Здатність твердих порід поглинати кисень набагато менше, ніж у рідкої магми, тому і кисень, що утворився в атмосфері, буде досить довго зв'язуватися речовиною на поверхні екзопланети. Що при певному поєднанні умов дозволить існувати кисневій атмосфері кілька мільярдів років.
Автори роботи розглядали лише модель землеподібної екзопланети біля сонцеподібної зірки, але навіть при таких обмеженнях є шанс «промахнутися» з киснем, необґрунтовано приписавши йому біологічне походження. Хоча, як кажуть самі дослідники, якщо брати до уваги не тільки факт наявності кисню, але і ряд інших вимірюваних параметрів атмосфери екзопланети та її поверхні, то ймовірність відрізнити «живий» кисень від неживого істотно виростає.