Посидим дома? Как излучение повлияет на освоение Вселенной

Вселенная не очень гостеприимна по отношению к зарождающейся жизни. Она наполнена излучением различного происхождения, которое может оказаться смертельно опасным для биологических организмов. Что это за излучение и как оно влияет на жизнь — в нашем материале.

«Ограничителями» жизни во Вселенной выступают сразу несколько факторов. В том числе на возможность возникновения и существования биологических организмов влияют различные типы астрофизического излучения. Более того – развитие самой планеты и ее атмосферы напрямую зависит от окружающей радиационной «среды».

Нас интересует несколько типов излучения, напрямую влияющих на жизнь во Вселенной, при этом термин «излучение» в данном случае понимается широко: в него входят как электромагнитное излучение, то есть фотоны, так и различные частицы.

В первую очередь, важную роль играет высокоэнергетичная часть спектра: гамма- и рентгеновское, а также ультрафиолетовое излучение. Такие фотоны обладают ионизирующим воздействием – они могут «выбивать» электроны из атомов, таким образом разрушительно влияя на биологически важные молекулы ДНК и белки. Среди частиц аналогично ведут себя электроны, протоны, мюоны и нейтроны.

Как рождается излучение?

Наш основной источник света - звезды, но они также излучают ультрафиолетовое, рентгеновское и даже гамма-излучение. Его интенсивность зависит от поверхностной температуры звезды и ее активности.

Для планет, беззащитных перед воздействием, например не обладающих озоновым слоем, излучение ближайшего светила может стать серьезной проблемой. Звезда большой массы, источником «жизненной силы» которой является процесс синтеза гелия из водорода, имеет высокую температуру и интенсивно излучает ультрафиолет. Этот период, впрочем, длится довольно мало, чтобы оказать серьезное влияние на организмы: напротив, больший интерес представляют звезды солнечных масс и даже легче.

Более легкие звезды не так интенсивно рождают опасные лучи, но при этом на них гораздо чаще происходят вспышки – внезапные и очень интенсивные события, в процессе которых излучаются ультрафиолет и рентгеновские лучи. Они рождаются в магнитных полях небесного тела и затрагивают все слои звездной атмосферы: фотосферу, хромосферу и корону. Взаимодействие вспышек с планетами до конца не изучено и неизвестно, насколько летальным может оказаться для зарождающейся жизни подобное соседство.

Всплески активности

Другим источником излучения являются различные «взрывные» события в космосе: коллапсировать могут как индивидуальные звезды, так и двойные системы, взаимодействие которых при некоторых условиях приводит к подобному финалу.

Вспышки сверхновых происходят в результате ряда различных катаклизмических процессов, приводящих к следующим результатам — звезда резко увеличивает свою яркость и затем постепенно «затухает», выделяя при взрыве видимое и ультрафиолетовое излучение. Немалая часть энергии звезды в данном случае выделяется через нейтрино, однако эти легкие и практически не взаимодействующие частицы не представляют угрозы для живых организмов.

Сам по себе процесс взрыва приводит к образованию ударных волн в межзвездной среде — считается, что они могут быть ответственны за ускорение протонов до сверхвысоких энергий; поток этих частиц наблюдается на Земле, а значит, в большей или меньшей степени ему должна быть подвержена и наша гипотетически зарождающаяся жизнь.

Черная дыра, если она активно поглощает окружающее вещество, может быть источником интенсивного гамма-излучения и протонов больших энергий. Такое поведение наиболее типично для сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, их также называют активными галактическими ядрами. Излучение черных дыр звездных масс, напротив, оказывается чересчур слабым, чтобы влиять на состояние живых организмов.

Излучение и жизнь

Эффекты воздействия излучения на жизнь на отдельно взятой планете можно условно разделить на прямые и непрямые.

К прямым, как следует из названия, относятся последствия непосредственного контакта живого организма с фотонами или иными частицами. Воздействие ультрафиолета на молекулы ДНК приводит к образованию пиримидиновых димеров, дефектов, при которых связь «цепочки» разрушается в определенном месте, и вместо того, чтобы соединяться с основаниями соседней спирали, звенья одной ветви образуют связь друг с другом, вследствие чего могут возникать различные мутации. Также возможны одноцепочечные и двухцепочечные разрывы молекулы ДНК.

Не воздействуя на саму молекулу ДНК, фотоны определенных энергий могут образовывать агрессивные радикалы, которые химически изменяют и повреждают заложенную в геноме информацию.

Под воздействием излучения происходит окисление и разрушение белковых молекул, что нарушает белковый обмен и насыщение организма необходимыми аминокислотами.

Ультрафиолет способен ускорять метаболизм, ферментативную деятельность и некоторые другие клеточные процессы, такие как фотосинтез.

Без озона как без рук

Непрямые эффекты связаны с взаимодействием излучения и атмосферы планеты. Земля защищена от повреждающего излучения: озоновый слой поглощает ультрафиолетовое излучение в диапазоне длин волн от 200 до 350 нанометров, и ему помогает обычный кислород, который задерживает коротковолновые фотоны.

Но если бы на более ранних этапах эволюции Земля подвергалась более агрессивному воздействию из космоса, ее судьба могла бы быть несколько иной. Молекулы кислорода и азота могут разрушаться в атмосфере на отдельные атомы под воздействием излучения (напомним, что в воздухе содержится именно молекулярные кислород и азот, состоящие из двух атомов). В свою очередь, эти атомы охотно образуют оксиды азота, приводящие к разрушению озона.

Частицы высоких энергий при попадании в плотную атмосферу планеты рождают широкие атмосферные ливны — каскады вторичных частиц, которые сами по себе могут быть опасными для зарождающейся жизни.

Перспективы для жизни

Ученые не теряют надежды обнаружить жизнь вне пределов Земли, и в рамках поиска возможных кандидатов очень важно включать в рассмотрение как можно больше факторов, влияющих на развитие живых организмов. Роль многих из этих процессов пока что сложно осознать до конца, но внушает надежду тот факт, что и наша родная планета не всегда была столь гостеприимна и безопасна — во многом первые «обитатели» адаптировались к радиационным условиям своего дома.

Кроме того, в некоторых процессах излучение оказывает и позитивное воздействие. Существует мнение, что фото-диссоциация одних молекул позволила быстрее и эффективнее образовывать новые и более сложные. А мутации в небольших «дозах» оказываются даже полезными, увеличивая генетическое разнообразие и таким образом предоставляя больше выбора для селективных эволюционных процессов.