Isi kandungan:

Apakah rupa tumbuhan pada eksoplanet lain?
Apakah rupa tumbuhan pada eksoplanet lain?

Video: Apakah rupa tumbuhan pada eksoplanet lain?

Video: Apakah rupa tumbuhan pada eksoplanet lain?
Video: Sosok Boris Yeltsin, Presiden Pertama Rusia yang Bertugas Sejak 10 Juli 1991 Sebelum Putin Naik 2024, Mac
Anonim

Pencarian untuk kehidupan luar angkasa bukan lagi domain fiksyen sains atau pemburu UFO. Mungkin teknologi moden belum mencapai tahap yang diperlukan, tetapi dengan bantuan mereka kami sudah dapat mengesan manifestasi fizikal dan kimia proses asas yang mendasari makhluk hidup.

Ahli astronomi telah menemui lebih daripada 200 planet yang mengorbit bintang di luar sistem suria. Setakat ini kita tidak dapat memberikan jawapan yang jelas tentang kemungkinan kewujudan kehidupan pada mereka, tetapi ini hanya menunggu masa. Pada Julai 2007, selepas menganalisis cahaya bintang yang melalui atmosfera eksoplanet, ahli astronomi mengesahkan kehadiran air di atasnya. Teleskop kini sedang dibangunkan yang membolehkan anda mencari jejak kehidupan di planet seperti Bumi mengikut spektrumnya.

Salah satu faktor penting yang mempengaruhi spektrum cahaya yang dipantulkan oleh planet mungkin adalah proses fotosintesis. Tetapi adakah ini mungkin di dunia lain? cukup! Di Bumi, fotosintesis adalah asas untuk hampir semua makhluk hidup. Walaupun fakta bahawa sesetengah organisma telah belajar untuk hidup pada suhu tinggi dalam metana dan dalam lubang hidroterma lautan, kita berhutang kekayaan ekosistem di permukaan planet kita kepada cahaya matahari.

Di satu pihak, dalam proses fotosintesis, oksigen dihasilkan, yang, bersama-sama dengan ozon yang terbentuk daripadanya, boleh didapati di atmosfera planet ini. Sebaliknya, warna planet mungkin menunjukkan kehadiran pigmen khas, seperti klorofil, pada permukaannya. Hampir satu abad yang lalu, setelah menyedari kegelapan bermusim permukaan Marikh, ahli astronomi mengesyaki kehadiran tumbuhan di atasnya. Percubaan telah dibuat untuk mengesan tanda-tanda tumbuhan hijau dalam spektrum cahaya yang dipantulkan dari permukaan planet. Tetapi keraguan pendekatan ini dilihat walaupun oleh penulis Herbert Wells, yang dalam "Perang Dunia"nya berkata: "Jelas sekali, kerajaan sayuran Marikh, berbeza dengan kerajaan duniawi, di mana hijau mendominasi, mempunyai darah- warna merah." Kini kita tahu bahawa tiada tumbuhan di Marikh, dan kemunculan kawasan yang lebih gelap di permukaan dikaitkan dengan ribut debu. Wells sendiri yakin bahawa warna Marikh tidak kurangnya ditentukan oleh tumbuh-tumbuhan yang menutupi permukaannya.

Malah di Bumi, organisma fotosintesis tidak terhad kepada hijau: sesetengah tumbuhan mempunyai daun merah, dan pelbagai alga dan bakteria fotosintetik berkilauan dengan semua warna pelangi. Dan bakteria ungu menggunakan sinaran inframerah dari Matahari sebagai tambahan kepada cahaya yang boleh dilihat. Jadi apa yang akan berlaku di planet lain? Dan bagaimana kita boleh melihat ini? Jawapannya bergantung pada mekanisme fotosintesis asing mengasimilasikan cahaya bintangnya, yang berbeza dalam sifat sinaran dari Matahari. Selain itu, komposisi atmosfera yang berbeza juga mempengaruhi komposisi spektrum kejadian sinaran di permukaan planet.

Bintang kelas spektrum M (kerdil merah) bersinar samar-samar, jadi tumbuhan di planet seperti Bumi berhampirannya mestilah hitam untuk menyerap cahaya sebanyak mungkin. Bintang M muda menghanguskan permukaan planet dengan suar ultraungu, jadi organisma mesti ada akuatik. Matahari kita ialah kelas G. Dan berhampiran bintang kelas F, tumbuhan menerima terlalu banyak cahaya dan mesti memantulkan sebahagian besar daripadanya.

Untuk membayangkan bagaimana fotosintesis akan berlaku di dunia lain, anda perlu terlebih dahulu memahami bagaimana tumbuhan menjalankannya di Bumi. Spektrum tenaga cahaya matahari mempunyai puncak di rantau biru-hijau, yang membuat saintis tertanya-tanya untuk masa yang lama mengapa tumbuhan tidak menyerap cahaya hijau yang paling tersedia, tetapi, sebaliknya, mencerminkannya? Ternyata proses fotosintesis tidak banyak bergantung pada jumlah tenaga suria, tetapi pada tenaga foton individu dan bilangan foton yang membentuk cahaya.

Gambar
Gambar

Setiap foton biru membawa lebih banyak tenaga daripada yang merah, tetapi matahari kebanyakannya memancarkan yang merah. Tumbuhan menggunakan foton biru kerana kualitinya, dan yang merah kerana kuantitinya. Panjang gelombang cahaya hijau terletak tepat di antara merah dan biru, tetapi foton hijau tidak berbeza dalam ketersediaan atau tenaga, jadi tumbuhan tidak menggunakannya.

Semasa fotosintesis untuk menetapkan satu atom karbon (berasal daripada karbon dioksida, CO2) dalam molekul gula, sekurang-kurangnya lapan foton diperlukan, dan untuk pembelahan ikatan hidrogen-oksigen dalam molekul air (H2O) - hanya satu. Dalam kes ini, elektron bebas muncul, yang diperlukan untuk tindak balas selanjutnya. Secara keseluruhan, untuk pembentukan satu molekul oksigen (O2) empat ikatan tersebut perlu dipecahkan. Untuk tindak balas kedua untuk membentuk molekul gula, sekurang-kurangnya empat lagi foton diperlukan. Perlu diingatkan bahawa foton mesti mempunyai sedikit tenaga minimum untuk mengambil bahagian dalam fotosintesis.

Cara tumbuhan menyerap cahaya matahari adalah salah satu keajaiban alam semula jadi. Pigmen fotosintetik tidak berlaku sebagai molekul individu. Mereka membentuk kelompok yang terdiri, seolah-olah, daripada banyak antena, setiap satunya ditala untuk melihat foton dengan panjang gelombang tertentu. Klorofil terutamanya menyerap cahaya merah dan biru, manakala pigmen karotenoid yang memberikan dedaunan musim gugur merah dan kuning merasakan warna biru yang berbeza. Semua tenaga yang dikumpul oleh pigmen ini dihantar ke molekul klorofil yang terletak di pusat tindak balas, di mana air berpecah untuk membentuk oksigen.

Kompleks molekul dalam pusat tindak balas boleh menjalankan tindak balas kimia hanya jika ia menerima foton merah atau jumlah tenaga yang setara dalam beberapa bentuk lain. Untuk menggunakan foton biru, pigmen antena menukar tenaga tingginya kepada tenaga yang lebih rendah, sama seperti satu siri transformer injak turun mengurangkan 100,000 volt talian kuasa kepada alur keluar dinding 220 volt. Proses ini bermula apabila foton biru menyerang pigmen yang menyerap cahaya biru dan memindahkan tenaga kepada salah satu elektron dalam molekulnya. Apabila elektron kembali ke keadaan asalnya, ia mengeluarkan tenaga ini, tetapi disebabkan oleh haba dan kehilangan getaran, kurang daripada yang diserap.

Walau bagaimanapun, molekul pigmen melepaskan tenaga yang diterima bukan dalam bentuk foton, tetapi dalam bentuk interaksi elektrik dengan molekul pigmen lain, yang mampu menyerap tenaga pada tahap yang lebih rendah. Sebaliknya, pigmen kedua mengeluarkan lebih sedikit tenaga, dan proses ini berterusan sehingga tenaga foton biru asal jatuh ke tahap merah.

Pusat tindak balas, sebagai hujung penerima lata, disesuaikan untuk menyerap foton yang tersedia dengan tenaga yang minimum. Di permukaan planet kita, foton merah adalah yang paling banyak dan pada masa yang sama mempunyai tenaga yang paling rendah antara foton dalam spektrum yang boleh dilihat.

Tetapi untuk fotosintesis bawah air, foton merah tidak semestinya paling banyak. Kawasan cahaya yang digunakan untuk fotosintesis berubah dengan kedalaman sebagai air, bahan terlarut di dalamnya, dan organisma di lapisan atas menapis cahaya. Hasilnya ialah stratifikasi jelas bentuk hidupan mengikut set pigmen mereka. Organisma dari lapisan air yang lebih dalam mempunyai pigmen yang disesuaikan dengan cahaya warna yang tidak diserap oleh lapisan di atas. Sebagai contoh, alga dan cyanea mempunyai pigmen phycocyanin dan phycoerythrin, yang menyerap foton hijau dan kuning. Dalam anoksigenik (iaitu.bakteria bukan penghasil oksigen) ialah bacteriochlorophyll, yang menyerap cahaya dari kawasan inframerah (IR) merah jauh dan dekat, yang hanya mampu menembusi kedalaman air yang suram.

Organisma yang telah menyesuaikan diri dengan cahaya rendah cenderung untuk berkembang lebih perlahan kerana mereka perlu bekerja lebih keras untuk menyerap semua cahaya yang tersedia untuk mereka. Di permukaan planet, di mana cahaya banyak, adalah merugikan bagi tumbuhan untuk menghasilkan pigmen yang berlebihan, jadi mereka secara selektif menggunakan warna. Prinsip evolusi yang sama harus berfungsi dalam sistem planet lain juga.

Sama seperti makhluk akuatik telah menyesuaikan diri dengan cahaya yang ditapis oleh air, penduduk darat telah menyesuaikan diri dengan cahaya yang ditapis oleh gas atmosfera. Di bahagian atas atmosfera bumi, foton yang paling banyak adalah kuning, dengan panjang gelombang 560-590 nm. Bilangan foton secara beransur-ansur berkurangan ke arah gelombang panjang dan secara tiba-tiba terputus ke arah yang pendek. Apabila cahaya matahari melalui atmosfera atas, wap air menyerap IR dalam beberapa jalur lebih panjang daripada 700 nm. Oksigen menghasilkan julat sempit garisan penyerapan berhampiran 687 dan 761 nm. Semua orang tahu bahawa ozon (Oh3) di stratosfera secara aktif menyerap cahaya ultraviolet (UV), tetapi ia juga menyerap sedikit di kawasan spektrum yang boleh dilihat.

Jadi, atmosfera kita meninggalkan tingkap yang melaluinya sinaran boleh sampai ke permukaan planet. Julat sinaran yang boleh dilihat dihadkan pada bahagian biru oleh potongan tajam spektrum suria di kawasan panjang gelombang pendek dan penyerapan UV oleh ozon. Sempadan merah ditakrifkan oleh garis penyerapan oksigen. Puncak bilangan foton dialihkan daripada kuning ke merah (kira-kira 685 nm) disebabkan oleh penyerapan ozon yang meluas di kawasan yang boleh dilihat.

Tumbuhan disesuaikan dengan spektrum ini, yang terutamanya ditentukan oleh oksigen. Tetapi harus diingat bahawa tumbuhan itu sendiri membekalkan oksigen ke atmosfera. Apabila organisma fotosintetik pertama muncul di Bumi, terdapat sedikit oksigen di atmosfera, jadi tumbuhan terpaksa menggunakan pigmen selain klorofil. Hanya selepas masa berlalu, apabila fotosintesis mengubah komposisi atmosfera, klorofil menjadi pigmen optimum.

Bukti fosil fotosintesis yang boleh dipercayai berusia kira-kira 3.4 bilion tahun, tetapi sisa fosil terdahulu menunjukkan tanda-tanda proses ini. Organisma fotosintesis pertama perlu berada di bawah air, sebahagiannya kerana air adalah pelarut yang baik untuk tindak balas biokimia, dan juga kerana ia memberikan perlindungan daripada sinaran UV suria, yang penting sekiranya tiada lapisan ozon atmosfera. Organisma sedemikian adalah bakteria bawah air yang menyerap foton inframerah. Tindak balas kimia mereka termasuk hidrogen, hidrogen sulfida, besi, tetapi bukan air; oleh itu, mereka tidak mengeluarkan oksigen. Dan hanya 2, 7 bilion tahun yang lalu, cyanobacteria di lautan memulakan fotosintesis oksigen dengan pembebasan oksigen. Jumlah oksigen dan lapisan ozon meningkat secara beransur-ansur, membolehkan alga merah dan coklat naik ke permukaan. Dan apabila paras air di perairan cetek mencukupi untuk melindungi daripada UV, alga hijau muncul. Mereka mempunyai sedikit phycobiliprotein dan lebih baik disesuaikan dengan cahaya terang berhampiran permukaan air. 2 bilion tahun selepas oksigen mula terkumpul di atmosfera, keturunan alga hijau - tumbuh-tumbuhan - muncul di darat.

Flora telah mengalami perubahan ketara - pelbagai bentuk telah meningkat dengan pesat: daripada lumut dan lumut hati kepada tumbuhan vaskular dengan mahkota tinggi, yang menyerap lebih banyak cahaya dan disesuaikan dengan zon iklim yang berbeza. Mahkota kon pokok konifer berkesan menyerap cahaya di latitud tinggi, di mana matahari hampir tidak naik di atas ufuk. Tumbuhan yang menyukai teduhan menghasilkan antosianin untuk melindungi daripada cahaya terang. Klorofil hijau bukan sahaja disesuaikan dengan komposisi moden atmosfera, tetapi juga membantu mengekalkannya, mengekalkan hijau planet kita. Kemungkinan langkah seterusnya dalam evolusi akan memberi kelebihan kepada organisma yang hidup di bawah naungan di bawah mahkota pokok dan menggunakan phycobilin untuk menyerap cahaya hijau dan kuning. Tetapi penduduk tingkat atas, nampaknya, akan kekal hijau.

Melukis dunia dengan merah

Semasa mencari pigmen fotosintesis di planet dalam sistem bintang lain, ahli astronomi harus ingat bahawa objek ini berada pada peringkat evolusi yang berbeza. Sebagai contoh, mereka mungkin menemui planet yang serupa dengan Bumi, katakan, 2 bilion tahun yang lalu. Ia juga harus diingat bahawa organisma fotosintetik asing mungkin mempunyai sifat yang bukan ciri "saudara" daratan mereka. Sebagai contoh, mereka dapat membelah molekul air menggunakan foton panjang gelombang yang lebih panjang.

Organisma panjang gelombang terpanjang di Bumi ialah bakteria anoksigenik ungu, yang menggunakan sinaran inframerah dengan panjang gelombang kira-kira 1015 nm. Pemegang rekod di kalangan organisma oksigen ialah cyanobacteria marin, yang menyerap pada 720 nm. Tiada had atas panjang gelombang yang ditentukan oleh undang-undang fizik. Cuma sistem fotosintesis perlu menggunakan bilangan foton panjang gelombang panjang yang lebih besar berbanding dengan foton panjang gelombang pendek.

Faktor yang mengehadkan bukanlah kepelbagaian pigmen, tetapi spektrum cahaya yang mencapai permukaan planet, yang seterusnya bergantung pada jenis bintang. Ahli astronomi mengklasifikasikan bintang berdasarkan warnanya, bergantung pada suhu, saiz dan umurnya. Tidak semua bintang wujud cukup lama untuk hidupan timbul dan berkembang di planet jiran. Bintang-bintang berumur panjang (mengikut urutan penurunan suhu) kelas spektrum F, G, K, dan M. Matahari tergolong dalam kelas G. Bintang kelas F lebih besar dan lebih terang daripada Matahari, mereka terbakar, memancarkan lebih terang cahaya biru dan terbakar dalam masa kira-kira 2 bilion tahun. Bintang Kelas K dan M lebih kecil diameternya, lebih samar, lebih merah dan diklasifikasikan sebagai tahan lama.

Di sekeliling setiap bintang terdapat apa yang dipanggil "zon kehidupan" - julat orbit, di mana planet mempunyai suhu yang diperlukan untuk kewujudan air cecair. Dalam sistem suria, zon sedemikian adalah cincin yang dibatasi oleh orbit Marikh dan Bumi. Bintang F panas mempunyai zon kehidupan lebih jauh dari bintang, manakala bintang K dan M yang lebih sejuk mempunyainya lebih dekat. Planet-planet dalam zon kehidupan bintang-F-, G- dan K-menerima jumlah cahaya yang kelihatan sama seperti yang diterima Bumi daripada Matahari. Berkemungkinan hidupan boleh timbul pada mereka berdasarkan fotosintesis oksigen yang sama seperti di Bumi, walaupun warna pigmen mungkin berubah dalam julat yang boleh dilihat.

Bintang jenis-M, yang dipanggil kerdil merah, amat menarik minat saintis kerana ia adalah jenis bintang yang paling biasa di Galaxy kita. Mereka memancarkan cahaya yang kurang kelihatan berbanding Matahari: puncak keamatan dalam spektrumnya berlaku dalam IR-hampir. John Raven, ahli biologi di Universiti Dundee di Scotland, dan Ray Wolstencroft, ahli astronomi di Balai Cerap Diraja di Edinburgh, telah mencadangkan bahawa fotosintesis oksigen secara teorinya mungkin menggunakan foton inframerah dekat. Dalam kes ini, organisma perlu menggunakan tiga atau empat foton IR untuk memecahkan molekul air, manakala tumbuhan darat hanya menggunakan dua foton, yang boleh disamakan dengan langkah roket yang memberikan tenaga kepada elektron untuk menjalankan bahan kimia. tindak balas.

Bintang muda M mempamerkan suar UV berkuasa yang hanya boleh dielakkan di bawah air. Tetapi lajur air juga menyerap bahagian lain spektrum, jadi organisma yang terletak di kedalaman akan sangat kekurangan cahaya. Jika ya, maka fotosintesis di planet-planet ini mungkin tidak berkembang. Apabila bintang-M semakin tua, jumlah sinaran ultraungu yang dipancarkan berkurangan, pada peringkat seterusnya evolusi ia menjadi kurang daripada yang dipancarkan Matahari kita. Dalam tempoh ini, tidak ada keperluan untuk lapisan ozon pelindung, dan kehidupan di permukaan planet boleh berkembang walaupun ia tidak menghasilkan oksigen.

Oleh itu, ahli astronomi harus mempertimbangkan empat senario yang mungkin bergantung pada jenis dan umur bintang.

Kehidupan Lautan Anaerobik. Bintang dalam sistem planet masih muda, dalam apa jua jenis. Organisma mungkin tidak menghasilkan oksigen. Atmosfera boleh terdiri daripada gas lain seperti metana.

Kehidupan Lautan Aerobik. Bintang itu tidak lagi muda, apa-apa jenis. Masa yang cukup telah berlalu sejak bermulanya fotosintesis oksigen untuk pengumpulan oksigen di atmosfera.

Kehidupan darat aerobik. Bintang itu matang, dalam apa jua jenis. Tanah itu ditumbuhi tumbuh-tumbuhan. Kehidupan di Bumi hanya pada tahap ini.

Kehidupan darat anaerobik. Bintang M samar dengan sinaran UV yang lemah. Tumbuhan menutupi tanah tetapi mungkin tidak menghasilkan oksigen.

Sememangnya, manifestasi organisma fotosintesis dalam setiap kes ini akan berbeza. Pengalaman menembak planet kita dari satelit menunjukkan bahawa adalah mustahil untuk mengesan kehidupan di kedalaman lautan menggunakan teleskop: dua senario pertama tidak menjanjikan kita tanda warna kehidupan. Satu-satunya peluang untuk menemuinya ialah mencari gas atmosfera yang berasal dari organik. Oleh itu, penyelidik yang menggunakan kaedah warna untuk mencari hidupan asing perlu memberi tumpuan kepada mengkaji tumbuhan darat dengan fotosintesis oksigenik pada planet berhampiran bintang F-, G- dan K, atau di planet bintang-M, tetapi dengan sebarang jenis fotosintesis.

Tanda-tanda kehidupan

Bahan yang, sebagai tambahan kepada warna tumbuhan, boleh menjadi tanda kehadiran kehidupan

Oksigen (O2) dan air (H2O) … Walaupun di planet yang tidak bernyawa, cahaya dari bintang induk memusnahkan molekul wap air dan menghasilkan sejumlah kecil oksigen di atmosfera. Tetapi gas ini cepat larut dalam air dan juga mengoksidakan batu dan gas gunung berapi. Oleh itu, jika banyak oksigen dilihat pada planet dengan air cecair, ini bermakna sumber tambahan menghasilkannya, kemungkinan besar fotosintesis.

Ozon (O3) … Di stratosfera Bumi, cahaya ultraviolet memusnahkan molekul oksigen, yang, apabila digabungkan, membentuk ozon. Bersama dengan air cecair, ozon adalah penunjuk penting kehidupan. Walaupun oksigen boleh dilihat dalam spektrum yang boleh dilihat, ozon kelihatan dalam inframerah, yang lebih mudah untuk dikesan dengan beberapa teleskop.

Metana (CH4) ditambah oksigen, atau kitaran bermusim … Gabungan oksigen dan metana sukar diperoleh tanpa fotosintesis. Turun naik bermusim dalam kepekatan metana juga merupakan tanda kehidupan yang pasti. Dan di planet mati, kepekatan metana hampir tetap: ia hanya berkurangan perlahan-lahan apabila cahaya matahari memecah molekul

Klorometana (CH3Cl) … Di Bumi, gas ini terbentuk dengan membakar tumbuhan (terutamanya dalam kebakaran hutan) dan dengan pendedahan kepada cahaya matahari pada plankton dan klorin dalam air laut. Pengoksidaan memusnahkannya. Tetapi pelepasan M-bintang yang agak lemah boleh membenarkan gas ini terkumpul dalam jumlah yang tersedia untuk pendaftaran.

Nitrous oksida (N2O) … Apabila organisma mereput, nitrogen dibebaskan dalam bentuk oksida. Sumber bukan biologi gas ini boleh diabaikan.

Hitam adalah hijau baru

Tanpa mengira ciri-ciri planet ini, pigmen fotosintesis mesti memenuhi keperluan yang sama seperti di Bumi: menyerap foton dengan panjang gelombang terpendek (tenaga tinggi), dengan panjang gelombang terpanjang (yang digunakan oleh pusat tindak balas), atau yang paling banyak tersedia. Untuk memahami bagaimana jenis bintang menentukan warna tumbuhan, adalah perlu untuk menggabungkan usaha penyelidik dari kepakaran yang berbeza.

Gambar
Gambar

Cahaya bintang berlalu

Warna tumbuhan bergantung pada spektrum cahaya bintang, yang boleh diperhatikan oleh ahli astronomi dengan mudah, dan penyerapan cahaya oleh udara dan air, yang dimodelkan oleh pengarang dan rakan-rakannya berdasarkan kemungkinan komposisi atmosfera dan sifat-sifat kehidupan. Imej "Dalam dunia sains"

Martin Cohen, seorang ahli astronomi di University of California, Berkeley, mengumpul data mengenai bintang-F (Bootes sigma), bintang-K (epsilon Eridani), bintang-M yang aktif menyala (AD Leo), dan M yang tenang hipotesis. -bintang dengan suhu 3100 ° C. Ahli astronomi Antigona Segura dari Universiti Autonomi Kebangsaan di Mexico City telah menjalankan simulasi komputer kelakuan planet seperti Bumi di zon kehidupan di sekitar bintang-bintang ini. Menggunakan model oleh Alexander Pavlov dari University of Arizona dan James Kasting dari University of Pennsylvania, Segura mengkaji interaksi sinaran dari bintang dengan kemungkinan komponen atmosfera planet (dengan mengandaikan bahawa gunung berapi mengeluarkan gas yang sama padanya seperti di Bumi), mencuba untuk mengetahui komposisi kimia atmosfera yang kekurangan oksigen dan dengan kandungannya hampir dengan bumi.

Menggunakan keputusan Segura, ahli fizik Universiti College London Giovanna Tinetti mengira penyerapan sinaran dalam atmosfera planet menggunakan model David Crisp di Makmal Propulsion Jet di Pasadena, California, yang digunakan untuk menganggarkan pencahayaan panel solar pada rover Marikh. Mentafsir pengiraan ini memerlukan usaha gabungan lima pakar: ahli mikrobiologi Janet Siefert di Rice University, ahli biokimia Robert Blankenship di Washington University di St. Louis dan Govindjee di University of Illinois di Urbana, ahli planet dan Champaigne. (Victoria Meadows) dari Washington State University dan saya, ahli biometeorologi dari Institut Penyelidikan Angkasa Goddard NASA.

Kami membuat kesimpulan bahawa sinar biru dengan puncak pada 451 nm kebanyakannya mencapai permukaan planet berhampiran bintang kelas F. Berhampiran K-bintang, puncaknya terletak pada 667 nm, ini adalah kawasan merah spektrum, yang menyerupai keadaan di Bumi. Dalam kes ini, ozon memainkan peranan penting, menjadikan cahaya bintang-F lebih biru, dan cahaya bintang-K lebih merah daripada yang sebenarnya. Ternyata sinaran yang sesuai untuk fotosintesis dalam kes ini terletak di kawasan spektrum yang boleh dilihat, seperti di Bumi.

Oleh itu, tumbuhan di planet berhampiran bintang F dan K boleh mempunyai warna yang hampir sama dengan yang terdapat di Bumi. Tetapi dalam bintang F, fluks foton biru yang kaya dengan tenaga adalah terlalu sengit, jadi tumbuhan mesti sekurang-kurangnya sebahagiannya mencerminkannya menggunakan pigmen pelindung seperti antosianin, yang akan memberikan tumbuhan pewarnaan kebiruan. Walau bagaimanapun, mereka hanya boleh menggunakan foton biru untuk fotosintesis. Dalam kes ini, semua cahaya dalam julat dari hijau hingga merah harus dipantulkan. Ini akan menghasilkan potongan biru tersendiri dalam spektrum cahaya yang dipantulkan yang boleh dikesan dengan mudah dengan teleskop.

Julat suhu yang luas untuk bintang M mencadangkan pelbagai warna untuk planet mereka. Mengorbit bintang-M yang tenang, planet ini menerima separuh tenaga yang Bumi lakukan daripada Matahari. Dan walaupun ini, pada dasarnya, sudah cukup untuk kehidupan - ini adalah 60 kali lebih banyak daripada yang diperlukan untuk tumbuhan yang menyukai teduhan di Bumi - kebanyakan foton yang datang dari bintang-bintang ini tergolong dalam kawasan spektrum IR berhampiran. Tetapi evolusi harus membawa kepada kemunculan pelbagai pigmen yang boleh melihat keseluruhan spektrum cahaya yang boleh dilihat dan inframerah. Tumbuhan yang menyerap hampir semua sinaran mereka mungkin kelihatan hitam.

Titik ungu kecil

Gambar
Gambar

Sejarah kehidupan di Bumi menunjukkan bahawa organisma fotosintesis marin awal di planet berhampiran bintang kelas F, G, dan K boleh hidup dalam atmosfera bebas oksigen primer dan membangunkan sistem fotosintesis oksigenik, yang kemudiannya akan membawa kepada kemunculan tumbuhan darat.. Keadaan dengan bintang kelas M adalah lebih rumit. Hasil pengiraan kami menunjukkan bahawa tempat optimum untuk fotosintesis ialah 9 m di bawah air: lapisan kedalaman ini memerangkap cahaya ultraungu yang merosakkan, tetapi membenarkan cahaya kelihatan yang mencukupi untuk melaluinya. Sudah tentu, kita tidak akan melihat organisma ini dalam teleskop kita, tetapi ia boleh menjadi asas kehidupan darat. Pada dasarnya, di planet berhampiran bintang M, kehidupan tumbuhan, menggunakan pelbagai pigmen, boleh menjadi hampir pelbagai seperti di Bumi.

Tetapi adakah teleskop angkasa masa hadapan membolehkan kita melihat jejak kehidupan di planet-planet ini? Jawapannya bergantung pada nisbah permukaan air kepada tanah di planet ini. Dalam teleskop generasi pertama, planet-planet akan kelihatan seperti titik, dan kajian terperinci tentang permukaannya tidak menjadi persoalan. Apa yang saintis akan perolehi ialah jumlah spektrum cahaya yang dipantulkan. Berdasarkan pengiraannya, Tinetti berpendapat bahawa sekurang-kurangnya 20% daripada permukaan planet ini mestilah tanah kering yang dilitupi tumbuhan dan tidak dilitupi awan untuk mengenal pasti tumbuhan pada spektrum ini. Sebaliknya, semakin luas kawasan laut, semakin banyak oksigen yang dilepaskan oleh fotosintesis marin ke atmosfera. Oleh itu, semakin ketara bioindikator pigmen, semakin sukar untuk melihat bioindikator oksigen, dan sebaliknya. Ahli astronomi akan dapat mengesan sama ada satu atau yang lain, tetapi tidak kedua-duanya.

Pencari planet

Gambar
Gambar

Agensi Angkasa Eropah (ESA) merancang untuk melancarkan kapal angkasa Darwin dalam tempoh 10 tahun akan datang untuk mengkaji spektrum eksoplanet darat. Pencari Planet Seperti Bumi NASA akan melakukan perkara yang sama jika agensi itu mendapat pembiayaan. Kapal angkasa COROT, yang dilancarkan oleh ESA pada Disember 2006, dan kapal angkasa Kepler, yang dijadualkan oleh NASA untuk pelancaran pada 2009, direka bentuk untuk mencari penurunan samar-samar dalam kecerahan bintang apabila planet seperti Bumi melintas di hadapan mereka. Kapal angkasa SIM NASA akan mencari getaran samar bintang di bawah pengaruh planet.

Kehadiran hidupan di planet lain - kehidupan sebenar, bukan hanya fosil atau mikrob yang hampir tidak dapat hidup dalam keadaan yang melampau - mungkin ditemui dalam masa terdekat. Tetapi bintang mana yang harus kita kaji dahulu? Adakah kita dapat mendaftarkan spektrum planet yang terletak berhampiran dengan bintang, yang sangat penting dalam kes bintang M? Dalam julat apa dan dengan resolusi apakah yang harus diperhatikan oleh teleskop kita? Memahami asas fotosintesis akan membantu kami mencipta instrumen baharu dan mentafsir data yang kami terima. Masalah kerumitan sedemikian boleh diselesaikan hanya di persimpangan pelbagai sains. Setakat ini kita hanya di permulaan jalan. Kemungkinan mencari kehidupan luar angkasa bergantung pada sejauh mana kita memahami asas kehidupan di Bumi.

Disyorkan: