Надходять супертелескопи, величезні наземні та космічні обсерваторії, які дозволять нам безпосередньо спостерігати за атмосферою далеких світів. Ми знаємо, що на Землі живе життя, і наша атмосфера розповідає про це, то чи можемо ми зробити те ж саме з позасонячними планетами? Виявляється, придумати єдину біосигнатуру, хімічну речовину в атмосфері, яка говорить вам про те, що так, на цьому світі є життя, насправді важко.
Я повинен визнати, мені було дуже погано в цьому минулому. У старих епізодах "Астрономічної ролі" та "Щотижневої космічної тусовки", навіть тут, у Путівнику по космосу, я говорив, що якби ми могли просто спробувати атмосферу далекого світу, ми могли б з переконанням сказати, чи є там життя.
Просто виявіть озон в атмосфері, або метан, або навіть забруднення, і ви можете сказати: "там життя". Ну, майбутній Фрейзер тут, щоб виправити минуле Фрейзера. Поки я захоплююсь його наївним захопленням пошуками прибульців, виявляється, як завжди, справи будуть складнішими, ніж ми думали раніше.
Астробіологи насправді намагаються з’ясувати єдину біосигнатуру курінного пістолета, яку можна було б сказати, що там живе життя. І це тому, що, здається, природні процеси мають розумні способи обдурити нас.
Які є потенційні біосигнатури, чому вони є проблематичними та що потрібно, щоб отримати це підтвердження?
Почнемо із світу, близького до дому: Марс.
Майже два десятиліття астрономи виявляли великі хмари метану в атмосфері Марса. Тут, на Землі, метан походить від живих істот, як бактерій і пернатих корів. Крім того, метан легко руйнується сонячним світлом, а це означає, що це не древній метан, який залишився мільярдами років тому. Деякий процес на Марсі постійно поповнює його.
Але що?
Ну а крім життя, метан може утворюватися природним шляхом через вулканізм, коли гірські породи взаємодіють з нагрітою водою.
NASA намагалася дістати до цього питання за допомогою роверів Spirit і Opportunity, і, як очікувалося, цікавість повинна мати інструменти на борту, щоб знайти джерело метану.
Протягом декількох місяців цікавість виявила прискорення метану там, на поверхні, але навіть це призвело до суперечки. Виявляється, сам ровер перевозив метан, і міг забруднити зону навколо себе. Можливо, метан, який він виявив, походить сам по собі. Можливо також, що неподалік впав скельний метеорит і випустив газ, який забруднив результати.
Місія Європейського космічного агентства ExoMars прибула на Марс у жовтні 2016 року. Хоча приземлитель Скіапареллі був знищений, орбітальник "Трейс-Газ" пережив подорож і почав детально відображати атмосферу Марса, шукаючи місця, в яких може бути випущений метан. Поки що у нас немає переконливих результатів.
Іншими словами, у нас на Марсі є флот орбіт і десантів, оснащений інструментами, призначеними для обнюхування найменшого пориву метану на Марсі.
Є кілька справді інтригуючих натяків на те, як рівень метану на Марсі, схоже, зростає та падає з сезонами, що свідчить про життя, але астробіологи все ще не згодні.
Надзвичайні вимоги вимагають надзвичайних доказів і все це.
Деякі телескопи вже можуть вимірювати атмосферу планет, що обертаються навколо інших зірок. Впродовж останнього десятиліття космічний телескоп Спіцера НАСА склав карту атмосфери різних світів. Наприклад, ось карта гарячого юпітера HD 189733b
. Місце гасне, але ось так, щоб виміряти атмосферу іншої планети, це досить вражаюче.
Вони виконують цей подвиг, вимірюючи хімічні речовини зірки, поки планета проходить перед нею, а потім вимірюють її, коли планети немає. Це говорить вам про те, які хімічні речовини планета приносить на вечірку.
Вони також змогли виміряти атмосферу HAT-P-26b, який є відносно невеликим світом розміру Нептуна, що обертається навколо навколозіркової зірки, і з подивом виявили водяну пару в атмосфері планети.
Це означає, що є життя? Де б ми не знаходили воду на Землі, ми знаходимо життя. Ні, ви можете повністю отримати воду, не маючи життя.
Після запуску в 2019 році космічний телескоп Джеймса Вебба NASA збирається перенести це атмосферне зондування на наступний рівень, що дозволить астрономам вивчати атмосфери багатьох інших світів із значно більшою роздільною здатністю.
Однією з перших мішень для Вебба буде система TRAPPIST-1 з півдесятками планет, що орбітують в зоні проживання червоної карликової зірки. Вебб повинен мати можливість виявляти озон, метан та інші потенційні біосигнати на все життя.
Отже, що потрібно, щоб мати можливість побачити далекий світ і точно знати, що там є життя.
Астробіолог Джон Лі Гренфелл з Німецького аерокосмічного центру нещодавно створив звіт, провівши всі екзопланетичні біосигнатури, які могли бути там, і переглянув їх, наскільки вони можуть бути свідченням життя в іншому світі.
Першою мішенню буде молекулярний кисень, або O2. Ви дихаєте ним прямо зараз. Що ж, 21% кожного вдиху, все одно. Кисень триватиме в атмосфері іншого світу тисячі років без джерела.
Він виробляється тут на Землі за допомогою фотосинтезу, але якщо світ побита його зіркою і втрачає атмосферу, то водень видувається в космос, і молекулярний кисень може залишатися. Іншими словами, ви не можете бути певними в будь-якому випадку.
Як щодо озону, він же O3? О2 перетворюється в O3 за допомогою хімічного процесу в атмосфері. Це звучить як хороший кандидат, але проблема полягає в тому, що існують природні процеси, які також можуть виробляти озон. На Венері є озоновий шар, на Марсі - один, і їх навіть виявили навколо крижаних лун Сонячної системи.
Є оксид азоту, також відомий як газ, що сміється. Він виробляється як вихід бактерій у ґрунт та допомагає внести свій вклад в азотний цикл Землі. І є добра новина: Земля, здається, є єдиним світом Сонячної системи, який має в атмосфері азотний оксид.
Але вчені також розробили моделі того, як ця хімічна речовина могла бути вироблена в ранній історії Землі, коли її багатий сіркою океан взаємодів з азотом на планеті. Насправді і Венера, і Марс могли пройти подібний цикл.
Іншими словами, ви можете бачити життя, або ви бачите молоду планету.
Тоді є метан, хімічна речовина, про яку ми так багато часу говорили. І як я вже згадував, на Землі тут видобувається метан, але він також на Марсі, і на Титані є рідкі океани метану.
Астробіологи запропонували інші вуглеводні, наприклад, етан, ізопрен, але і у них є свої проблеми.
А як щодо забруднювачів, що викидаються передовими цивілізаціями? Астробіологи називають це «техносигнатурами», і вони можуть включати такі речі, як хлорфторуглеводні або ядерні випади. Але знову ж таки, ці хімічні речовини важко було б виявити у світлі роки.
Астрономи запропонували нам шукати мертві землі, просто встановити базову лінію. Це були б світи, розташовані в заселеній зоні, але явно життя так і не відбулося. Просто скеля, вода та небіологічно створена атмосфера.
Проблема полягає в тому, що ми, мабуть, навіть не можемо знайти спосіб підтвердити, що світ теж мертвий. Такі види хімічних речовин, які ви б очікували побачити в атмосфері, наприклад, вуглекислий газ може бути поглинений океанами, тому ви навіть не можете зробити негативне підтвердження.
Один метод може взагалі не включати сканування атмосфери. Рослинність тут на Землі віддзеркалює дуже конкретну довжину хвилі світла в районі 700-750 нанометрів. Астробіологи називають це "червоним краєм", оскільки ви побачите 5-кратне відбиття в порівнянні з іншими поверхнями.
Хоча сьогодні у нас немає телескопів, щоб це зробити, є кілька справді розумних ідей, як подивитися на те, як світло планети відбивається на сусідній Місяць, і проаналізувати це. Пошук земної блиску екзопланети.
Насправді, ще в ранній історії Землі, вона виглядала б більш фіолетовою через архейські бактерії.
У мережі з’являється цілий флот космічних кораблів і наземних обсерваторій, який допоможе нам продовжити цю проблему.
Місія ESA Gaia збирається скласти карту та охарактеризувати 1% зірок у Чумацькому Шляху, розповівши, які види зірок там, а також виявить тисячі планет для подальшого спостереження.
Космічне обстеження транзитних екзопланет, або TESS, запускається в 2018 році, і знайде всі екзопланети розміром із Землею та більші екзопланети в нашому районі.
Місія PLATO 2 знайде скелясті світи в заселеній зоні, і Джеймс Вебб зможе вивчити їх атмосферу. Ми також поговорили про масивний телескоп LUVOIR, який може з’явитися в Інтернеті в 2030-х роках, і перенести ці спостереження на новий рівень.
І в роботах є ще багато космічних та наземних обсерваторій.
Оскільки наступний раунд телескопів з'являється в Інтернеті, ті, які здатні безпосередньо виміряти атмосферу світу розміром з Землею на орбіті іншої зірки, астробіологи будуть намагатися знайти біосигнатуру, яка дає чіткий знак того, що там живе.
Замість впевненості, схоже, що у нас буде та сама боротьба, щоб зрозуміти те, що ми бачимо. Астрономи будуть не погоджуватися один з одним, розробляючи нові методи та нові інструменти для відповіді на невирішені питання.
Мине певний час, і невизначеність буде важко впоратися. Але пам’ятайте, це, мабуть, найважливіше наукове питання, яке може задати кожен: чи ми самі одні у Всесвіті?
Відповіді варто чекати.
Джерело: Джон Лі Гренфелл: Огляд екзопланетних біосигнатур.
Підказка капелюха доктору Кімберлі Картьє за направлення мене до цього документу. Слідкуйте за її роботою над журналом EOS.
