По мере роста числа подтвержденных экзопланет (мы только что преодолели отметку в 5000) все больше внимания уделяется получению дополнительной информации об этих планетах, вращающихся вокруг других звезд. Самый важный вопрос, конечно, заключается в том, способны ли они содержать жизнь, и есть ли она на самом деле. Если бы планета вращалась вокруг звезды, удаленной на десятки или сотни световых лет, как бы мы узнали об этом? Существует два основных подхода – поиск техносигнатур и биосигнатур. Техносигнатура – это признак передовых технологий, такой же, как тепловое излучение от массивной конструкции. Но для этого также требуется развитая технологическая цивилизация, а не просто жизнь. Биосигналы – это всего лишь признаки жизни, даже у простых бактерий.
В настоящее время ученые интересуются двумя основными биосигналами: кислородом и метаном. Эти два газа объединяет то, что они образуются в результате биохимической активности жизни (по крайней мере, на Земле), обладают высокой химической активностью и, следовательно, недолговечны в атмосфере. Поэтому, если они существуют, они постоянно пополняются, и одним из потенциальных источников является жизнь.
Для полноты картины вы можете вспомнить о возможном обнаружении фосфена в верхних слоях атмосферы Венеры. Фосфен – это еще один потенциальный биосигнал, который повышает вероятность существования живых существ в облаках Венеры. Но более поздний анализ показал, что обнаружение, скорее всего, было ошибкой, сигнал исходил от другого, более распространенного источника, который не указывает на наличие жизни.
У всех этих потенциальных биосигналов есть еще одна общая черта – они могут быть получены из неживых источников. Это делает их проблематичными в качестве биосигналов. Простого обнаружения кислорода недостаточно, мы пока не можем открыть пробки. Необходим дальнейший анализ, чтобы определить вероятность биологического или небиологического происхождения любого из этих предполагаемых биосигналов, и именно на этом была сосредоточена недавняя работа. Например, в статье 2018 года рассматриваются характеристики кислородной сигнатуры, которые помогут нам исключить “ложноположительную” биосигнатуру с помощью спектрографического, фотометрического и зависящего от времени анализа.
Недавнее исследование, опубликованное в PNAS, посвящено метану как биосигнатуре. Метан, пожалуй, чаще всего приводит к ложным срабатываниям, поскольку он может выделяться в результате обычной геологической активности, такой как извержение вулканов. По сути, авторы исследования пришли к выводу, что вы не можете просто смотреть на наличие или отсутствие одного биосигнала, но должны рассматривать биосигнатуру в контексте других факторов окружающей среды. Например, если обнаруженный метан выделяется в результате вулканической активности, то в нем также должно содержаться определенное количество монооксида углерода (CO). Однако жизнь склонна к метаболизму CO и образованию CO2. Следовательно, если метан существует с высоким содержанием CO2 и низким – CO, то это более убедительная картина жизни. Если CO2 низкий, а CO высокий, то это указывает на геологический источник. Однако это не относится к планетам с очень высоким содержанием воды.
Поэтому изучение множества химических веществ в атмосфере экзопланеты, вероятно, даст нам более полную картину и сведет к минимуму ложноположительные биосигналы. Однако у этого подхода, описанного выше, остается существенный недостаток – он использует Землю в качестве единственного примера. Мы знаем, как ведут себя кислород и метан на Земле, но эти знания не обязательно могут быть экстраполированы на экзопланеты (или даже на наших соседей, таких как Марс). Поэтому мы также должны учитывать как можно больше планетарных факторов, геохимию планеты и ее взаимодействие с родительской звездой. На каменистой планете, вращающейся вблизи красного карлика, цикл метана может отличаться от того, что мы наблюдаем на Земле.
Подобные исследования только начинаются, и, вероятно, потребуются годы или десятилетия исследований, чтобы усовершенствовать наши методы анализа, чтобы более точно использовать биосигналы для определения вероятности существования жизни на экзопланете. К сожалению, в настоящее время нет способа подтвердить правильность нашего анализа. Мы не можем отправиться на эти планеты и более точно определить, верны наши методы или нет. Вот почему было бы очень интересно, если бы мы обнаружили жизнь на Марсе или Венере, потому что мы можем сравнить их биосигналы с помощью прямого обнаружения. Но, тем не менее, это ограниченный набор данных. В конечном счете, мы можем обнаружить, что разработали сложные критерии для биосигнатур, которые не выдерживают критики, как только мы сможем отправиться на экзопланеты и исследовать их напрямую.
Однако я думаю, что мы можем достичь относительно высокого уровня достоверности с помощью обширного моделирования и исследований на Земле. Законы физики на экзопланетах будут одинаковыми, и это будет ограничивать возможные условия окружающей среды. В дальнейшем, по мере развития технологий, мы сможем собирать более подробную информацию об экзопланетах. Вот тут-то и пригодится телескоп Джеймса Уэбба. Он сможет обнаруживать метан в атмосферах экзопланет с гораздо большей точностью (не так много кислорода). Вот почему, собственно, исследователи сосредоточились на метане, чтобы подготовиться к данным, поступающим от Джеймса Уэбба. Позднее, в этом столетии, у нас могут появиться более совершенные приборы. Вероятно, нашим приборам для наблюдения за экзопланетами потребуется еще много времени для совершенствования, прежде чем мы действительно сможем отправиться к каким-либо экзопланетам.
Все это означает, что в один прекрасный день мы, вполне возможно, сможем с высокой степенью уверенности сказать, что обнаружили жизнь на экзопланете, находящейся за много световых лет от нас.
