Когда члены экипажа космического корабля «Энтерпрайз» выходят на орбиту вокруг новой планеты, первое, что они делают, - сканируют формы жизни. Здесь, в реальном мире, исследователи давно пытаются выяснить, как однозначно обнаружить признаки жизни на отдаленных экзопланетах.
Теперь они на шаг ближе к этой цели благодаря новой технике дистанционного зондирования, основанной на причуде биохимии, заставляющей свет вращаться в определенном направлении и генерировать довольно безошибочный сигнал. Метод, описанный в недавней статье, опубликованной в журнале Astrobiology, может быть использован на космических обсерваториях и помочь ученым узнать, содержит ли Вселенная живые существа, подобные нам.
В последние годы обнаружение удаленной жизни стало предметом огромного интереса, поскольку астрономы начали захватывать свет с планет, вращающихся вокруг других звезд, который можно проанализировать, чтобы определить, какие химические вещества содержатся в этих мирах. Исследователи хотели бы найти какой-то индикатор, который мог бы окончательно сказать им, смотрят ли они на живую биосферу или нет.
Например, присутствие избыточного кислорода в атмосфере экзопланеты может быть хорошим намеком на то, что что-то дышит на ее поверхности. Но существует множество способов, которыми неживые процессы могут генерировать молекулы кислорода и обманывать удаленных наблюдателей, заставляя их верить, что мир кишит жизнью.
Поэтому некоторые исследователи предложили искать цепочки органических молекул. Эти живые химические вещества бывают двух типов - правша и левша, которые похожи на зеркально отраженные изображения друг друга. В дикой природе природа производит одинаковое количество этих правых и левых молекул.
«Биология нарушает эту симметрию», - сказал в прямом эфире Science Science Франс Сник, астроном Лейденского университета в Нидерландах и соавтор новой статьи. «В этом разница между химией и биологией».
На Земле живые существа выбирают одну молекулярную «руку» и придерживаются ее. Аминокислоты, которые составляют белки в вашем теле, являются левосторонними версиями их соответствующих молекул.
Когда свет взаимодействует с длинными цепями этих устройств с разными руками, он становится циркулярно поляризованным, что означает, что его электромагнитные волны будут распространяться по спирали по часовой стрелке или против часовой стрелки. Неорганические молекулы обычно не передают это свойство лучам света.
В предыдущей работе, опубликованной в Журнале количественной спектроскопии и радиационного переноса, Сник и его коллеги смотрели на недавно собранные листья английского плюща в своей лаборатории и наблюдали, как хлорофилл (зеленый пигмент) создает циркулярно поляризованный свет. По мере того как листья разлагались, сигнал круговой поляризации становился все слабее и слабее, пока полностью не исчез.
Следующим шагом было испытание техники в полевых условиях, поэтому исследователи взяли прибор, который обнаруживает такую полярность на крыше их здания в Свободном университете Амстердама, и нацелили его на близлежащую спортивную площадку. Они были озадачены тем, что не увидели циркулярно поляризованного света, сказал Сник, пока не поняли, что это одна из немногих спортивных площадок в Нидерландах, где используется искусственная трава. Когда исследователи направили свой детектор на лес в нескольких милях от него, циркулярно поляризованный сигнал прозвучал громко и отчетливо.
Вопрос на миллион долларов заключается в том, будут ли организмы в другом мире демонстрировать подобный фаворитизм для одноручных молекул, сказал Сник. Он считает, что это неплохая ставка, поскольку химические вещества на основе углерода лучше всего сочетаются друг с другом, когда они все имеют одинаковую направленность.
В настоящее время его команда разрабатывает прибор, который можно было бы доставить на Международную космическую станцию и отобразить сигнал круговой поляризации Земли, чтобы лучше понять, как аналогичная сигнатура может выглядеть в свете далекой планеты.
Это будет экстремальная, но стоящая задача, сказал Live Science Эдвард Швитерман, астроном и астробиолог из Калифорнийского университета, Риверсайд, который не принимал участия в работе. Захватить свет экзопланеты - значит заблокировать свет от родительской звезды, который обычно примерно в 10 миллиардов раз ярче, добавил он. Если мир жив, только крошечная часть его света будет содержать сигнал круговой поляризации.
«Сигнал мал, но уровень неопределенности также невелик», - сказал Швитерман, что делает метод полезным, несмотря на его сложность.
Будущие огромные космические телескопы, такие как Обсерватория Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), могут найти эту слабую подпись. LUVOIR - это всего лишь концепция, но диаметр зеркала в шесть раз шире, чем у космического телескопа Хаббла, и, вероятно, он может летать в середине 2030-х годов, считают чиновники.
Сник считает, что техника круговой поляризации также может быть применена ближе к дому на приборе, который летит на потенциально обитаемые спутники во внешней солнечной системе, такие как Европа или Энцелад. Нацелив такой детектор на эти замерзшие миры, ученые могут увидеть сигнал живых существ.
«Возможно, наше первое обнаружение внеземной жизни будет на нашем заднем дворе», - сказал Сник.
Примечание редактора: эта история была исправлена, чтобы отметить, что исследовательская группа Сника проводила свои полевые эксперименты в Свободном университете Амстердама, а не в Лейденском университете. Он также был обновлен, чтобы включить ссылку на окончательную опубликованную версию исследования Сника в Журнале количественной спектроскопии и радиационного переноса.
