Коли йдеться про пошук позаземного життя, вчені мають тенденцію бути трохи геоцентричним - тобто вони шукають планети, що нагадують нашу власну. Це зрозуміло, оскільки Земля - єдина планета, про яку ми знаємо, що підтримує життя. Як результат, ті, хто шукає позаземного життя, шукали планети, які мають наземну (скелясту) природу, орбітують в зонах проживання зірок і мають достатню кількість води на своїх поверхнях.
Під час виявлення кількох тисяч екзопланет вчені виявили, що багато хто насправді можуть бути "водними світами" (планети, де до 50% їх маси становить вода). Це, природно, викликає деякі питання, наприклад, скільки води занадто багато, і чи може занадто багато землі бути проблемою? Для їх вирішення пара дослідників Гарвардського Смітсонівського центру астрофізики (CfA) провела дослідження, щоб визначити, як співвідношення між водою та сухопутними масами може сприяти життю.
Дослідження - «Залежність біологічної активності від частки поверхневих вод планети», яке розглядається для публікації з Астрономічний журнал- його автором Манасві Лінгам, докторантом з Інституту теорії та обчислень CfA (ІТЦ) CfA, та Авраамом Лобом - директором ІТЦ та кафедрою наук Гарвардського університету Франка Б. Берд.
Для початку Лінгам та Лоб вирішують питання антропного принципу, який зіграв головну роль в астрономії та екзопланетних дослідженнях. Коротше кажучи, цей принцип стверджує, що якщо умови на Землі підходять для життя, то він повинен існувати заради створення життя. Поширений на весь Всесвіт, цей принцип стверджує, що закони фізики існують так само, як і заради породження життя.
Ще один спосіб поглянути на це - розглянути, як наші оцінки Землі потрапляють до того, що називається "ефекти відбору спостереження" - де на результати безпосередньо впливає тип використовуваного методу. У цьому випадку наслідки виникають через те, що наш пошук життя за межами Землі та нашої Сонячної системи вимагає існування належно розташованого спостерігача.
Насправді ми схильні вважати, що умов для життя у Всесвіті буде багато, оскільки ми з ними знайомі. Ці умови - наявність як рідкої води, так і сухопутних мас, які були важливими для виникнення життя, як ми це знаємо. Як пояснив Лінгам для журналу Space Magazine електронною поштою, це один із способів створення антропного принципу при пошуку потенційно мешкаючих планет:
"Те, що земні та водні фракції Землі порівнянні, свідчить про антропогенні ефекти відбору, тобто появі людей (або аналогічних свідомих спостерігачів), можливо, сприяла відповідна суміш землі та води".
Однак, звертаючись до багатьох суперземлян, виявлених в інших зіркових системах, статистичний аналіз їх середньої щільності показав, що більшість мають високі частки летючих речовин. Хорошим прикладом цього є система TRAPPIST-1, де теоретичне моделювання семи планет розміром із Землею показало, що вони можуть бути до 40-50% води.
Таким чином, у цих "водних світах" були б дуже глибокі океани і немає жодних земельних масивів, про що можна було б спричинити кардинальні наслідки для виникнення життя. У той же час планети, на яких майже немає води на їх поверхні, не вважаються хорошими кандидатами на життя, враховуючи те, наскільки вода є важливою для життя, як ми це знаємо.
"Занадто багато суходолу є проблемою, оскільки вона обмежує кількість поверхневих вод, тим самим робить більшість континентів дуже посушливими", - сказав Лінгам. «Засушливі екосистеми, як правило, характеризуються низькими темпами виробництва біомаси на Землі. Натомість, якщо розглядати протилежний сценарій (тобто переважно океани), виникає потенційна проблема наявності фосфору, який є одним із найважливіших елементів для життя, як ми його знаємо. Отже, це може спричинити за собою вузьке місце щодо кількості біомаси ».
Щоб вирішити ці можливості, Лінгам та Леоб проаналізували, як планети із занадто великою кількістю води чи суходолу можуть впливати на розвиток біосфер екзопланет. Як пояснив Лінгам:
“[W] e розробила просту модель, щоб оцінити, яка частина суходолу буде посушливою (тобто пустелею) та відносно нежитловою. Для сценарію з біосферами, що переважають у воді, обмежувальним фактором стає наявність фосфору. Тут ми використали модель, розроблену в одній з наших попередніх робіт, яка враховує джерела та раковини фосфору. Ми поєднали ці два випадки, використовували дані Землі як орієнтир, і таким чином визначили, як властивості родової біосфери залежатимуть від кількості землі та води ».
Вони виявили, що ретельний баланс між сушами та океанами (як і те, що ми маємо тут на Землі) має вирішальне значення для появи складних біосфер. У поєднанні з чисельними моделюваннями інших дослідників дослідження Лінгама та Лоба вказують на те, що такі планети, як Земля - із співвідношенням океанів до суходолу (приблизно 30:70) - ймовірно, досить рідкісні. Як підсумував Лінгам:
«Таким чином, основний висновок полягає в тому, що баланс земельних і водних фракцій не може бути занадто сильно нахилений так чи інакше. Наша робота також показує, що на важливі еволюційні події, такі як підвищення рівня кисню та поява технологічних видів, може впливати фракція суша та вода, і що оптимальне значення може бути близьким до рівня Землі ».
Деякий час астрономи шукали екзопланети, де переважають землеподібні умови. Це відомий як підхід «низько висячих фруктів», де ми намагаємося знайти життя, шукаючи біосигнатури, які ми пов’язуємо з життям, як ми це знаємо. Але відповідно до цього останнього дослідження, пошук таких місць може бути подібним до пошуку алмазів у чорновій формі.
Висновки дослідження також можуть мати суттєвий вплив, коли йдеться про пошук позаземного інтелекту, що свідчить про те, що це теж досить рідко. На щастя, Лінгам і Лоб визнають, що про екзопланети та їх співвідношення вода-земля мало відомо, щоб сказати щось остаточно.
"Однак неможливо передбачити, як це впливає на SETI остаточно", - сказав Лінгам. "Це тому, що ми ще не маємо належних обмежень щодо спостереження за частками екзопланет на суші та воді, і в наших сучасних знаннях про те, як розвивалися технологічні види (здатні брати участь у SETI), існує ще багато невідомих".
Зрештою, ми повинні бути терплячими і чекати, коли астрономи дізнаються більше про позасонячні планети та їхнє оточення. Це стане можливим у найближчі роки завдяки телескопам наступного покоління. До них належать наземні телескопи, такі як ESO Надзвичайно великий телескоп (ELT) та космічні телескопи, як Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) - які планують розпочати операції відповідно у 2024 та 2021 роках.
З удосконаленнями технології та тисячами екзопланет, які зараз доступні для вивчення, астрономи почали переходити від процесу відкриття до характеристики. У найближчі роки те, що ми дізнаємось про атмосферу екзопланет, пройде довгий шлях до доведення чи спростування наших теоретичних моделей, надій та сподівань. Враховуючи час, ми, нарешті, зможемо визначити, наскільки багате життя у нашому Всесвіті та які форми воно може набути.
