Зависят ли технологические цивилизации от атмосферного кислорода?
Почти 2 миллиона лет назад вид прямоходящих обезьян, известный как Homo erectus, начал использовать огонь. Мы — их потомки. Огонь стал настолько важным для нас, что вместо homo sapiens мы могли бы называть себя homo ignus, обезьяной, владеющей огнем. Огонь занимает центральное место в становлении нашей цивилизации. В связи с этим возникает интересный вопрос. Смогли бы мы построить цивилизацию без огня?
Возгорание возможно только в атмосфере с высоким содержанием кислорода. В атмосфере, содержащей менее 18% кислорода, нельзя развести открытое пламя. В настоящее время атмосфера Земли на 21% состоит из кислорода, но на протяжении большей части истории Земли открытое пламя было невозможно. А Земля — единственная планета в нашей Солнечной системе со значительным содержанием кислорода. Таким образом, во Вселенной, планеты, где возможен огонь, могут быть редкостью.
В недавнем исследовании, опубликованном на сервере предварительной печати Arxiv, рассматриваются требования к тому, чтобы планета имела богатую кислородом атмосферу. Существует только два основных способа создания свободного кислорода в атмосфере. Первый — это биологическое происхождение, при котором живые организмы производят кислород путем фотосинтеза. Второй — это абиотический процесс, при котором водяной пар в верхних слоях атмосферы расщепляется ультрафиолетовым излучением на водород и кислород.
Исследование показывает, что доминирующий механизм зависит от размера и температуры планеты. При земных температурах свободный кислород необходим живым организмам. Но если планета слишком мала, на ней не может быть атмосферы, достаточной для жизни, а если она слишком велика, в ее атмосфере будут настолько преобладать водород и гелий, что живые существа не смогут производить достаточно кислорода, чтобы преодолеть порог в 18%. Таким образом, жители сверхземли, температура на которой равна земной, вероятно, не могут иметь открытого огня.
На более горячих планетах доминирует абиотический механизм, но только в том случае, если планета больше Земли. На маленьких горячих планетах не будет достаточно густого водяного пара, чтобы генерировать много кислорода.