|
Четыре способа обнаружить намеки на инопланетную жизнь
|
|
|
|
Изучение экзопланет, миров, которые вращаются вокруг звезд, отличных от нашего Солнца, в настоящее время трансформируется новым космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Вскоре мы впервые получим представление об условиях на скалистых, потенциально похожих на Землю мирах за пределами нашей Солнечной системы. В одном из этих далеких миров может быть жизнь. Но сможем ли мы его обнаружить? Возможно, мы сможем обнаружить признаки жизни в составе атмосферы планеты. Мы можем использовать технику, называемую спектроскопией пропускания, которая делит свет по его длине волны, для поиска следов различных газов в звездном свете, когда он проходит через атмосферу планеты. Некоторые газы, поглощающие звездный свет, могут указывать на наличие жизни на планете. Мы называем это биосигнатурами.
|
|
|
1. Кислород и озон
|
|
|
|
Кислород, вероятно, является наиболее очевидной биосигнатурой. Растения производят его, мы им дышим, и горные записи показывают, что уровни в атмосфере Земли резко менялись по мере развития жизни. Кислород, которым мы дышим, — это O2, два слипшихся атома кислорода. Но с помощью JWST можно было наблюдать и другую конфигурацию кислорода, O3 или озона. Итак, если мы обнаружим один или оба этих газа, будет ли это сделано? К сожалению нет. Другой сценарий, который может производить большое количество атмосферного кислорода, - это планета, подвергающаяся «безудержному парниковому эффекту». Как только планета становится достаточно горячей, чтобы ее водяной океан испарялся, образующийся водяной пар в атмосфере способствует возникновению парникового эффекта — перегреву планеты до уровней, несовместимых с жизнью, — в петле обратной связи. В конце концов, планета становится достаточно горячей, чтобы молекулы воды распадались на водород и кислород. Молекулы водорода легкие и могут двигаться достаточно быстро, чтобы легко избежать гравитации планеты, в то время как более медлительный кислород имеет тенденцию оставаться рядом, готовый быть обнаруженным и обмануть ничего не подозревающих астрономов.
|
|
|
|
2. Фосфин и аммиак
|
|
|
|
В настоящее время поиски жизни сосредоточены в основном на экзопланетах, но недавние события произошли и ближе к дому. Фосфин — газ, который естественным образом встречается в атмосферах с преобладанием водорода, таких как газовые гиганты Юпитер и Сатурн, — был недавно обнаружен в атмосфере Венеры. Интересно, что фосфин считается потенциальной биосигнатурой. На Земле фосфин производится микроорганизмами, например, в кишечном тракте животных. Если жизни нет, мы не ожидаем, что фосфин будет в больших количествах присутствовать в венерианских атмосферах, в которых преобладает углекислый газ. Тем не менее, мы пока не можем исключить другие источники фосфина на Венере. Зловонный аммиак — еще один потенциальный биосигнатурный газ, который также вырабатывается животными на Земле. Как и фосфин, он распространен на планетах-гигантах, но не ожидается его появления на каменистых мирах в отсутствие жизни. Однако обнаружение фосфина или аммиака в атмосфере далекой экзопланеты, вероятно, будет сложной задачей. Оба достигают крошечных концентраций всего в несколько частей на миллиард на Земле. Так что, если наши потенциальные инопланетяне не будут намного вонючее, чем земные животные, мы, вероятно, не заметим их в ближайшее время.
|
|
|
|
3. Метан + углекислый газ
|
|
|
|
Отдельных газов, которые являются однозначными биосигнатурами, очень мало, поэтому нам, возможно, лучше искать выигрышную комбинацию, если мы хотим обнаружить жизнь. Большое количество метана, производимого пукающими животными на Земле, плюс углекислый газ были бы хорошим намеком на то, что что-то происходит. Если кислорода достаточно, то углерод предпочитает находиться рядом с кислородом в виде двуокиси углерода (CO2, один атом углерода и два атома кислорода), а не образовывать метан (CH4, один атом углерода и четыре атома водорода). В среде, богатой кислородом, любой углерод, находящийся в молекуле метана, быстро отказывается от своих водородных приятелей в пользу пары запасных атомов кислорода. Таким образом, сосуществование большого количества метана и углекислого газа предполагает, что что-то — возможно, бактерии — постоянно производит метан.
|
|
|
|
4. Химический дисбаланс
|
|
|
|
Мы можем применить приведенный выше аргумент к любой комбинации газов, которые не должны счастливо сосуществовать. Жизнь нарушает химическое равновесие (баланс) окружающей среды, потому что она использует химические реакции для получения энергии. На Земле кислород превращается в углекислый газ, но в атмосфере другого типа, с другими доступными химическими веществами жизнь будет использовать другие процессы для достижения той же цели. Бактерии, вырабатывающие метан, которые живут вокруг гидротермальных источников глубоко в океанах Земли, например, собирают химическую энергию из минералов и химических соединений. Поиск дисбалансов позволяет нам непредвзято относиться к тому, как может выглядеть жизнь в другом месте.
|
|
|
|
Что произойдет, если мы заметим сигналы инопланетной жизни?
|
|
|
|
JWST уже превосходит наши ожидания в отношении наблюдений за атмосферой экзопланет. Однако, какими бы мощными они ни были, каменистые планеты с умеренными температурами и атмосферами, в которых преобладает азот или углекислый газ, по-прежнему будет сложно изучать с помощью спектроскопии пропускания. Сигналы, которые мы ожидаем от этих планет, намного слабее тех, которые мы успешно наблюдали в атмосферах горячих газовых гигантов. Если нам посчастливится наблюдать поглощающие звездный свет газы в атмосфере каменистой экзопланеты — например, TRAPPIST-1e — нам все равно придется измерить, сколько этих газов присутствует, чтобы сделать значимые выводы. Это не так просто, поскольку сигналы могут перекрываться и должны быть тщательно распутаны.
|
|
|
|
Даже если мы обнаружим и точно измерим один из наших возможных биосигнатурных газов, я не думаю, что мы сможем утверждать, что обнаружили инопланетную жизнь. JWST только открывает новую, богатую лабораторию планетарных атмосфер, и по мере нашего исследования мы, без сомнения, обнаружим, что многие из наших предыдущих предположений оказались ошибочными. Делать поспешные выводы об инопланетянах каждый раз, когда мы находим что-то необычное, было бы преждевременно. Обнаружение биосигнатур JWST было бы интересным намеком, обещающим еще большую работу. Меня, как астронома, это достаточно волнует.
|
|
|
|
Источник
|
