Визначення життєпридатності системи червоного карлика допомагає в пошуку позаземного життя, оскільки червоні карлики складають більшість зір Галактики. Тим часом як відносно мала кількість випромінюваної енергії, невеликий розмір і близькість до зорі зони, придатної для життя, а отже висока ймовірність потрапляння планети до припливного захоплення навіть у життєпридатній зоні, і висока мінливість зорі є значними перешкодами для виникнення й підтримки життя, утім поширеність і довговічність червоних карликів є сприятливими чинниками.
Виникнення і підтримання життя біля коричневих карликів, які, можливо, ще численніші, вважається малоймовірним, позаяк виділюване ними тепло дуже незначне й швидко розсіюється, а строк перебування їхніх планет у зоні, придатній для життя, є сильно обмеженим.
Характеристики червоного карлика
Червоні карлики є найменшим, найхолоднішим й найпоширенішим типом зір. Оцінка їхньої чисельності різниться в діапазоні від 70% до 90% від кількості всіх зір у Галактиці van Dokkum, Pieter G. & Conroy, Charlie. "A substantial population of low-mess stars in luminous elliptical galaxies. Nature. 2010 468(7326):940 «Discovery Triples Number of Stars in Universe» Yale University. Published December 1, 2010. Retrieved December 17, 2010, from http://www.sciencedaily.com/releases/2010/12/101201134158.htm . Червоні карлики мають спектральний клас M або пізній K. З огляду на їхнє низьке випромінювання, жоден із червоних карликів непомітний із Землі неозброєним оком. Навіть найближчий до Сонця червоний карлик Проксима Центавра (з потрійної системи Альфа Центавра) і найближчий одиночний червоний карлик, зоря Барнарда, мають видиму зоряну величину 11,09 і 9,53 відповідно. При цьому неозброєним оком можна спостерігати зорі із зоряною величиною до 7,72 .
Дослідження Хоча життя поза Землею поки не знайдено, багато дослідників висувають припущення, що в умовах, схожих на земні, життя буде розвиватися подібно земному відповідно до логіки конвергентної еволюції. Оскільки на Землі одноклітинні організми-фотосинтетики існують кілька мільярдів років і є прабатьками складніших багатоклітинних організмів, логічно очікувати, що на планеті, що перебуває в межах життєпридатної зони і має значні запаси води на поверхні, перебіг еволюції буде подібним до земного. Якщо ж умови на поверхні планети суттєво відрізняються від земних, то існування життя на такій планеті може бути ускладнене або ж зовсім неможливе. Гіпотетичні варіанти розвитку організмів розглядають в рамках альтернативної біохімії. Зона життєпридатності для життя на основі іншої, ніж на Землі, біохімії може відрізнятися від такої для життя земного типу. Прикладом може бути Титан, найбільший супутник Сатурна, на якому теоретично можливе існування життя. Планети, на яких можливе землеподібне життя, матимуть тверду поверхню (на відміну від газових планет), рідку воду (див: Позаземна вода) і досить щільну атмосферу, аби запобігти випаровуванню води і «видуванню» її сонячним вітром у космос.
Випромінювання світла і припливні сили
Протягом багатьох років астрономи виключали системи червоних карликів зі списку потенційних місць, у яких можливе існування життя. Невеликі розміри червоного карлика (0,1–0,6M☉) означають, що ядерні реакції в них відбуваються дуже повільно і вони випромінюють мало світла (0,01–3% сонячного світла). Для того, щоб досягти температур, як на поверхні Землі, орбіта планети біля червоного карлика має бути розташована дуже близько до зорі. Наприклад, для AX Мікроскопа орбіта має бути 0,3а.о. (всередині орбіти Меркурія), а для Проксими Центавра орбіта буде усього лише 0,032а.о. (рік на планеті триватиме усього 6,3 земного дня) .
Планети, що досить близькі до червоних карликів і отримують необхідну кількість тепла для перебування води в рідкому стані, імовірно, будуть захоплені припливними силами своїх зір так, що планета робитиме рівно один оберт навколо своєї осі на оберт навколо свого сонця-червоного карлика (через те, що співвідношення маси і світності червоного карлика щодо Сонця дуже різні). Це означає, що один бік планети завжди буде оберненим до зорі, тоді як на іншому боці пануватиме вічна ніч. Схожу ситуацію можна спостерігати в системі Земля — Місяць, Місяць обернений до Землі завжди одним боком. Життя на такій планеті може обмежуватися кільцем термінатору.
Якщо ж планета-гігант на низькій орбіті (існування таких планет було підтверджено астрономами в останні роки) має досить масивний супутник, спроможній утримувати власну атмосферу, то він може бути захоплений припливними силами планети, а не зорі, і швидше за все матиме цикл зміни дня і ночі, тим самим підвищуючи шанси на життєпридатність супутника. Припливні сили між цими двома тілами будуть також підтримувати центри планети і її супутника в рідкому стані, тим самим виробляючи достатньо сильні магнітні поля, щоб захистити планету і її супутник від спалахів батьківської зорі.
Планета, захоплена припливними силами, потребує досить товстої атмосфери, щоб передавати частину тепла з освітленої сторони на нічну. Це перешкоджало б падінню температури атмосфери нічного боку нижче точки роси і зниження атмосферного тиску, яке своєю чергою може спричинити переміщення повітряних мас на нічну частину, поки вся атмосфера не замерзне на нічній стороні. Тривалий час передбачалося, що така щільна атмосфера перешкоджала б фотосинтезу рослин на денній стороні. Однак пізніші дослідження припускають інше. 2010 року було проведено дослідження, згідно з якими подібні до Землі планети, обернені до зорі одним боком, матимуть температуру на нічній стороні вище -33°CMerlis, T. M. and T. Schneider Atmospheric dynamics of Earth-like tidally locked aquaplanets J. Adv. Model. Earth Syst. (2010). Дослідження Роберта Геберлі і Маноя Джоші з дослідницького центру Еймса (НАСА) в Каліфорнії, показали, що атмосфера планети (припускаючи, що вона містить гази CO2 і H2O) може становити усього 100 мілібарів або 10% від атмосфери Землі, аби тепло успішно переносилося до нічної сторони . Це знаходиться в межах, необхідних для фотосинтезу рослин на денній стороні, хоча деякі з їхніх моделей передбачають воду в замерзлому стані на темній стороні. Мартін Гіт з коледжу в Ґрінвічі показав, що морська вода також може ефективно циркулювати без замерзання в разі, якщо океанічні басейни є досить глибокими задля забезпечення безперешкодної течії під крижаною шапкою нічного боку. Геотермальне тепло також може допомогти зберегти глибокі шари океану в рідкому стані. Подальші дослідження, зокрема, вивчення кількості активної радіації, припустили, що планети, захоплені приливними силами червоного карлика, щонайменше можуть бути придатними для життя вищих рослин .
Дослідження 2019 року показало, що УФ-випромінювання не знижує життєпридатність екзопланет у системах червоних карликів: згідно з розрахунками, рівень УФ-випромінювання для планет у зоні, придатній для життя, навіть менший того, що Земля отримувала на початку архею (4,0–3,9 млрд років тому), коли на ній вже зародилося життя УФ-излучение не снижает жизнепригодность экзопланет в системах красных карликов • Владислав Стрекопытов • Новости науки на «Элементах» • Астрономия, Биология, Зарождение жизни .
Фотосинтез
На Землі хлорофіл присутній в усіх фотосинтезувальних організмах — вищих рослинах, водоростях, синьо-зелених водоростях (ціанобактеріях), фотоавтотрофних найпростіших (протистах) та бактеріях. Існує кілька хлорофілів, які використовують світло різного спектра. У вищих рослин це, як правило, хлорофіл а і б. Хоча максимум неперервного спектра сонячного випромінювання розташований у «зеленій» ділянці 550нм (де лежить і максимум чутливості людського ока), в цих рослинах хлорофіл поглинає зі сонячного спектра переважно синє, частково — червоне світло (чим й обумовлюється зелений колір відбитого світла).
Рослини можуть використовувати і світло з тими довжинами хвиль, які слабо поглинаються хлорофілом. Енергію фотонів при цьому вловлюють інші фотосинтетичні пігменти, які потім передають енергію хлорофілу. Цим пояснюється різноманітність забарвлення рослин (і інших фотосинтезувальних організмів) і її залежність від спектрального складу падного світла. В умовах поганої освітленості рослини підвищують співвідношення хлорофіл b/хлорофіл a, синтезуючи більше молекул першого, ніж другого, і, таким чином, збільшують продуктивність фотосинтезу. Оскільки для фотосинтезу хлорофілу a і b необхідні фотони в діапазоні від 400 до 700нм, то жовте світло червоного карлика, перебуваючи в діапазоні близько 600 нм, є цілком придатним для фотосинтезу. На Землі висока інтенсивність освітлення не завжди сприяє нормальному розвитку рослин. При нестачі води в ґрунті і вологи в повітрі рослинам легше існувати в затінених місцях, аніж на відкритому сонці. Тіньовитривалі і тіньолюбиві рослини (сциофіти) здатні поглинати світло з крайньої червоної зони спектра (з довжиною хвилі 730 нм). Однак менша освітленість означає, що рослинам доступна менша кількість енергії. Подібно до того, як у сонячному і сухому оточенні обмежувальним чинником у зростанні і виживанні рослин є нестача вологи, — у тінистому середовищі обмежувальним чинником зазвичай є недолік сонячного світла. Зовнішній вигляд тіньовитривалих рослин відрізняється від світлолюбних. Тіньовитривалі рослини зазвичай мають ширше, тонше і м'якіше листя, щоб вловлювати розсіяніше сонячне світло. За формою вони, як правило, плоскі і гладкі. Тоді як у геліофітів часто зустрічається складчастість, грудкуватість листя. Притаманним є поземне розташування листя (у геліофітів навпаки листя нерідко розташоване під кутом до світла) і листова мозаїка (мозаїчне розташування листя сприяє кращому уловлюванні розсіяного світла). Лісові трави зазвичай витягнуті, високі, мають подовжене стебло. Клітини мезофілу рівномірно розподілені, з великими міжклітинниками (проміжками). Хлоропласти — великі і темні. Зосередження хлорофілу в одному хлоропласті може бути в 5–10 разів більше, ніж у геліофітів. У порівнянні з геліофітами, у сциофіти тилакоїди в гранах розташовані купчастіше. Листок містить близько 4–6 мг (іноді навіть 7–8 мг) хлорофілу на 1 г, вміст хлорофілу в затіненні збільшується «в інтересах фотосинтезу», але спрямований не стільки на посилення власне фотосинтезу, скільки на збільшення поглинання світла листком. Серед багатоклітинних водоростей хорошим прикладом пристосування до затемнення є червоні водорості. Хоча основним пігментом хлоропластів є хлорофіл, у червоних водоростях в значній кількості є каротиноїди і фікобіліни у фікобілісомах. Завдяки такому набору пігментів червоні водорості можуть поглинати світло майже всієї видимої частини спектра. Як правило, в солоноводних червоних водоростях хлорофіл маскується фікобілінами (червоного й синього кольору) і каротиноїдами (помаранчево-жовті).
Одним із найтіньовитриваліших організмів, що виділяють кисень, є недавно виявлений штам ціанобактерій leptolyngbya JSC-1, котрий здатен виживати в гарячих джерелах, використовуючи темно-червоне світло ближнього ІЧ діапазону (від 700 до 800нм). Вчені виявили, що цей організм використовує незвичайний генетичний механізм за допомогою якого він, потрапивши до затемнених умов, повністю перебудовує свої фотосинтетичні органели.
Навіть тьмяніші холодні зорі власне придатні для існування фотосинтетиків: передбачається, що в природному середовищі фотосинтезувальні бактерії можуть використовувати не лише світло Сонця, а й інші джерела світла, а тому можуть існувати в місцях, що не зазнають сонячного опромінення. .