Наступают супертелескопы, огромные наземные и космические обсерватории, которые позволят нам непосредственно наблюдать за атмосферой далеких миров. Мы знаем, что на Земле есть жизнь, и наша атмосфера рассказывает историю, поэтому можем ли мы сделать то же самое с внесолнечными планетами? Оказывается, при создании единственной биосигнатуры, химического вещества в атмосфере, которое говорит вам, что да, безусловно, в этом мире действительно тяжело жить.
Должен признаться, в прошлом мне это было очень плохо. В старых эпизодах «Астрономической труппы» и «Еженедельной космической тусовки», даже здесь, в «Руководстве по космосу», я говорил, что если бы мы могли просто попробовать атмосферу далекого мира, мы могли бы с уверенностью сказать, есть ли там жизнь.
Просто обнаружите в атмосфере озон, метан или даже загрязнение, и вы можете сказать: «Там есть жизнь». Ну, будущий Фрейзер здесь, чтобы исправить прошлое Фрейзера. Хотя я восхищаюсь его наивным увлечением поиском инопланетян, оказывается, что, как всегда, все будет сложнее, чем мы думали ранее.
Астробиологи на самом деле пытаются найти единую биосигнатуру для курящего пистолета, которую можно использовать, чтобы сказать, что там есть жизнь. И это потому, что у естественных процессов, кажется, есть умные способы обмануть нас.
Каковы некоторые потенциальные биосигнатуры, почему они проблематичны, и что потребуется, чтобы получить это подтверждение?
Давайте начнем с мира, близкого к дому: Марса.
В течение почти двух десятилетий астрономы обнаружили большие облака метана в атмосфере Марса. Здесь, на Земле, метан поступает от живых существ, таких как бактерии и пукающие коровы. Кроме того, метан легко разлагается под действием солнечного света, а это означает, что это не древний метан, оставшийся от миллиардов лет назад. Какой-то процесс на Марсе постоянно пополняет его.
Но что?
Ну, в дополнение к жизни, метан может образовываться естественным путем в результате вулканизма, когда камни взаимодействуют с нагретой водой.
НАСА попыталось разобраться в этом вопросе с помощью роверов Spirit и Opportunity, и ожидалось, что Curiosity должна иметь на борту инструменты, чтобы найти источник метана.
В течение нескольких месяцев Curiosity действительно обнаружил повышение метана на поверхности, но даже это привело к противоречию. Оказывается, сам марсоход нес метан и мог загрязнить территорию вокруг себя. Возможно, метан, который он обнаружил, произошел сам по себе. Также возможно, что скалистый метеорит упал поблизости и выпустил немного газа, который загрязнил результаты.
Миссия ExoMars Европейского космического агентства прибыла на Марс в октябре 2016 года. Несмотря на то, что «Скиапарелли Ландер» был уничтожен, орбитальный аппарат Trace Gas пережил путешествие и начал детально составлять карту атмосферы Марса, отыскивая места, которые могли бы выпускать метан, и т.д. пока у нас нет окончательных результатов.
Другими словами, у нас есть флот орбитальных аппаратов и кораблей на Марсе, оснащенный приборами, предназначенными для обнаружения слабых запахов метана на Марсе.
Есть некоторые действительно интригующие подсказки о том, как уровни метана на Марсе, кажется, поднимаются и падают с сезонами, указывая на жизнь, но астробиологи все еще не соглашаются.
Необычные претензии требуют неординарных доказательств и все такое.
Некоторые телескопы уже могут измерять атмосферу планет, вращающихся вокруг других звезд. В течение последнего десятилетия космический телескоп НАСА Спитцер наносил на карту атмосферы различных миров. Например, вот карта горячего Юпитера HD 189733b
, Это отстойно, но ничего себе, чтобы измерить атмосферу другой планеты, это довольно впечатляюще.
Они совершают этот подвиг, измеряя химические вещества звезды, пока планета проходит перед ней, а затем измеряют ее, когда планеты нет. Это говорит вам, какие химические вещества планета приносит на вечеринку.
Они также смогли измерить атмосферу HAT-P-26b, который представляет собой относительно маленький мир размером с Нептун, вращающийся вокруг ближайшей звезды, и были удивлены, обнаружив водяной пар в атмосфере планеты.
Означает ли это, что есть жизнь? Где бы мы ни находили воду на Земле, мы находим жизнь. Нет, вы можете полностью получить воду, не имея жизни.
Когда космический телескоп НАСА имени Джеймса Вебба начнет работу в 2019 году, он выведет это атмосферное зондирование на новый уровень, позволяя астрономам изучать атмосферу гораздо большего числа миров с гораздо более высоким разрешением.
Одной из первых целей для Уэбба будет система TRAPPIST-1 с полдюжиной планет, вращающихся вокруг обитаемой зоны звезды красного карлика. Уэбб должен уметь обнаруживать озон, метан и другие потенциальные биосигнатуры на всю жизнь.
Так что же нужно, чтобы увидеть отдаленный мир и точно знать, что там есть жизнь?
Астробиолог Джон Ли Гренфелл из Немецкого аэрокосмического центра недавно подготовил отчет, проанализировал все экзопланетарные биосигнатуры и проанализировал их на предмет вероятности того, что они могут быть признаком жизни в другом мире.
Первой мишенью будет молекулярный кислород или O2. Вы дышите прямо сейчас. Ну, во всяком случае, 21% каждого дыхания. Кислород будет оставаться в атмосфере другого мира в течение тысяч лет без источника.
Он производится здесь, на Земле, в результате фотосинтеза, но если мир разбит своей звездой и теряет атмосферу, то водород вылетает в космос, и молекулярный кислород может остаться. Другими словами, вы не можете быть уверены в любом случае.
Как насчет озона, он же O3? О2 превращается в О3 в результате химического процесса в атмосфере. Звучит как хороший кандидат, но проблема в том, что существуют естественные процессы, которые также могут производить озон. На Венере есть озоновый слой, один на Марсе, и они даже были обнаружены вокруг ледяных лун в Солнечной системе.
Там закись азота, также известный как веселящий газ. Он вырабатывается бактериями в почве и помогает внести свой вклад в азотный цикл Земли. И есть хорошие новости: Земля, похоже, является единственным миром в Солнечной системе, в атмосфере которого содержится закись азота.
Но ученые также разработали модели того, как этот химикат мог генерироваться в ранней истории Земли, когда ее богатый серой океан взаимодействовал с азотом на планете. На самом деле, и Венера, и Марс могли пройти одинаковый цикл.
Другими словами, вы можете видеть жизнь или молодую планету.
Тогда есть метан, химическое вещество, о котором мы так много времени говорили. И, как я уже упоминал, здесь, на Земле, существует метан, добываемый жизнью, но также и на Марсе, и на Титане есть жидкие океаны метана.
Астробиологи предложили другие углеводороды, такие как этан, изопрен, но у них тоже есть свои проблемы.
А как насчет загрязнителей, испускаемых передовыми цивилизациями? Астробиологи называют эти «техносигнатуры», и они могут включать такие вещи, как хлорфторуглероды или ядерные осадки. Но опять же, эти химикаты было бы трудно обнаружить световыми годами.
Астрономы предложили нам искать мертвые земли, просто чтобы установить базовую линию. Это были бы миры, расположенные в обитаемой зоне, но ясно, что жизнь так и не началась. Просто камень, вода и небиологически созданная атмосфера.
Проблема в том, что мы, вероятно, даже не можем найти способ подтвердить, что мир тоже мертв. Виды химических веществ, которые вы ожидаете увидеть в атмосфере, например, углекислый газ может быть поглощен океанами, так что вы даже не можете получить отрицательное подтверждение.
Один метод может даже не включать сканирование атмосферы вообще. Растительность здесь, на Земле, отражает очень специфическую длину волны света в области 700-750 нм. Астробиологи называют это «красным краем», потому что вы увидите 5-кратное увеличение отражательной способности по сравнению с другими поверхностями.
Хотя у нас нет телескопов, чтобы сделать это сегодня, есть некоторые действительно умные идеи, например, посмотреть, как свет от планеты отражается на ближайшую луну, и проанализировать это. В поисках экзопланеты земляной.
На самом деле, в ранней истории Земли она выглядела бы более фиолетовой из-за архейских бактерий.
В сети появляется целый парк космических кораблей и наземных обсерваторий, которые помогут нам продвинуться дальше в этом вопросе.
Миссия ЕКА в Гайя будет составлять карту и характеризовать 1% звезд в Млечном Пути, сообщая нам, какие виды звезд существуют, а также обнаруживать тысячи планет для дальнейшего наблюдения.
Космическая съемка транзитной экзопланеты, или TESS, запускается в 2018 году и обнаружит все транзитные экзопланеты размером с Землю и более крупные в нашем районе.
Миссия PLATO 2 найдет каменистые миры в обитаемой зоне, и Джеймс Уэбб сможет изучить их атмосферу. Мы также говорили о массивном телескопе LUVOIR, который может появиться в сети в 2030-х годах, и перенести эти наблюдения на новый уровень.
И еще много космических и наземных обсерваторий в работах.
Когда следующий раунд телескопов появится в сети, те, которые способны непосредственно измерять атмосферу мира размером с Землю, вращающегося вокруг другой звезды, астробиологи будут пытаться найти биосигнатуру, которая будет явным признаком того, что там есть жизнь.
Вместо уверенности, похоже, у нас будет такая же борьба, чтобы понять то, что мы видим. Астрономы будут не соглашаться друг с другом, разрабатывая новые методы и новые инструменты, чтобы ответить на нерешенные вопросы.
Это займет некоторое время, и с неопределенностью будет трудно справиться. Но помните, это, наверное, самый важный научный вопрос, который может задать каждый: мы одни во Вселенной?
Ответ стоит ждать.
Источник: Джон Ли Гренфелл: Обзор экзопланетных биосигнатур.
Честный совет доктору Кимберли Картье за то, что он направил меня к этой статье. Следите за ее работой в журнале EOS.
