|
На каких отдаленных планетах может существовать жизнь
|
|
|
|
Поиск жизни за пределами Земли является ключевым направлением современной астрономии и планетологии. Для продвижения этого поиска в США строится множество крупных телескопов и планетарных зондов. Однако признаки жизни, называемые биосигнатурами, которые могут обнаружить ученые, вероятно, будет трудно интерпретировать. Выяснить, где именно искать, также остается сложной задачей. Я астрофизик и астробиолог с более чем 20—летним опытом изучения внесолнечных планет, которые находятся за пределами нашей Солнечной системы.
|
|
|
|
Мы с коллегами разработали новый подход (который размещен на сервере препринтов arXiv), который позволит определить наиболее интересные планеты или спутники для поиска жизни и поможет интерпретировать потенциальные биосигналы. Мы делаем это, моделируя, как различные организмы могут выживать в различных средах, основываясь на результатах исследований пределов жизни на Земле.
|
|
Новые телескопы для поиска жизни
|
|
|
|
Астрономы разрабатывают планы и технологии для создания все более мощных космических телескопов. Например, НАСА работает над проектом своей обсерватории "Обитаемые миры", которая позволит получать сверхточные изображения, непосредственно показывающие планеты, вращающиеся вокруг ближайших звезд.
|
|
|
|
|
|
|
Мы с моими коллегами разрабатываем еще одну концепцию - систему космических телескопов "Наутилус", которая предназначена для изучения сотен планет, потенциально похожих на Землю, когда они проходят перед своими звездами-хозяевами.
|
|
|
|
Эти и другие телескопы будущего призваны обеспечить более тщательное изучение более отдаленных миров. Их разработка ставит два важных вопроса: "Куда смотреть?" и "Действительно ли среда, в которой, как нам кажется, мы видим признаки жизни, пригодна для обитания?"
|
|
|
|
Сильно оспариваемые заявления о потенциальных признаках жизни на экзопланете K2-18b, объявленные в апреле 2025 года, и предыдущие аналогичные заявления о Венере показывают, насколько сложно окончательно определить наличие жизни по данным дистанционного зондирования.
|
|
Когда инопланетный мир становится пригодным для жизни?
|
|
|
|
Oxford Languages определяет "пригодный для жилья" как "подходящий или достаточно хороший для жизни". Но откуда ученым знать, что является "достаточно хорошим для жизни" для внеземных организмов? Могут ли инопланетные микробы резвиться в озерах кипящей кислоты или холодного жидкого метана или плавать в каплях воды в верхних слоях атмосферы Венеры?
|
|
|
|
Проще говоря, мантра НАСА гласит: "Следите за водой". В этом есть смысл — вода необходима для всей жизни на Земле, о которой мы знаем. На планете с жидкой водой также был бы умеренный климат. Было бы не так холодно, чтобы замедлять химические реакции, и не так жарко, чтобы разрушать сложные молекулы, необходимые для жизни.
|
|
|
|
Однако, учитывая быстро растущие возможности астрономов по описанию инопланетных миров, астробиологам нужен подход, который был бы более количественным и детальным, чем классификация "вода" или "без воды".
|
|
Усилия сообщества
|
|
|
|
В рамках финансируемого НАСА проекта "Чужие Земли", который я возглавляю, астробиолог Рори Барнс и я работали над этой проблемой с группой экспертов - астробиологов, планетологов, экспертов по экзопланетам, экологов, биологов и химиков — из крупнейшей сети исследователей экзопланет и астробиологии, системы НАСА "Нексус для экзопланет" Наука, или NExSS.
|
|
|
|
Более ста коллег поделились с нами своими идеями, и часто возникали два вопроса:
|
|
|
|
Во-первых, как мы узнаем, что нужно для жизни, если мы не понимаем всего спектра внеземной жизни? Ученым многое известно о жизни на Земле, но большинство астробиологов сходятся во мнении, что возможны и более экзотические виды жизни, возможно, основанные на различных сочетаниях химических элементов и растворителей. Как нам определить, какие условия могут потребоваться для других видов жизни?
|
|
|
|
Во-вторых, этот подход должен работать с неполными данными. Потенциальные места для жизни за пределами Земли — "внесолнечные места обитания" — очень трудно изучать напрямую, и часто их невозможно посетить и взять образцы.
|
|
|
|
Например, недра Марса по большей части остаются недоступными для нас. Такие места, как подземные океаны Европы, спутника Юпитера и Сатурна, Энцелада, а также все экзопланеты, находящиеся за пределами Солнечной системы, остаются практически недоступными. Ученые изучают их косвенно, часто только с помощью дистанционных наблюдений. Эти измерения не могут сказать вам столько, сколько сказали бы реальные образцы.
|
|
|
|
Что еще хуже, измерения часто содержат погрешности. Например, мы можем быть уверены лишь на 88% в том, что в атмосфере экзопланеты присутствует водяной пар. Наша система должна уметь работать с небольшими объемами данных и справляться с неопределенностями. И мы должны признать, что ответы часто не будут однозначными.
|
|
Новый подход к оценке обитаемости
|
|
|
|
Новый подход, называемый количественной оценкой обитаемости, имеет две отличительные особенности:
|
|
|
|
Во—первых, мы отошли от попыток ответить на расплывчатый вопрос "пригоден ли он для жизни" и сузили его до более конкретного и практически разрешимого вопроса: позволят ли условия в среде обитания — какими мы их знаем - выжить конкретному (известному или еще неизвестному) виду или экосистеме?
|
|
|
|
Даже на Земле организмам для выживания требуются другие условия — в Антарктиде нет верблюдов. Рассказав о конкретных организмах, мы упростили ответ на этот вопрос.
|
|
|
|
Во-вторых, количественная модель обитаемости не требует однозначных ответов. Она сравнивает компьютерные модели для расчета вероятностного ответа. Вместо того чтобы предполагать, что вода в жидком виде является ключевым ограничивающим фактором, мы сравниваем наше понимание условий, необходимых организму ("модель организма"), с нашим пониманием условий, существующих в окружающей среде ("модель среды обитания").
|
|
|
|
В обеих моделях есть неопределенности. Наше понимание каждой из них может быть неполным. Тем не менее, мы можем справиться с неопределенностями математически. Сравнивая две модели, мы можем определить вероятность того, что организм и среда обитания совместимы.
|
|
|
|
В качестве упрощенного примера, в нашей модели среды обитания для Антарктиды может быть указано, что температура часто бывает ниже нуля. А в нашей модели организма для верблюда может быть указано, что он недолго выживает при низких температурах. Неудивительно, что мы бы правильно предсказали почти нулевую вероятность того, что Антарктида является хорошей средой обитания для верблюдов.
|
|
|
|
Мы отлично поработали над этим проектом. Чтобы изучить пределы жизни, мы собрали литературные данные об экстремальных организмах - от насекомых, обитающих в Гималаях на больших высотах и при низких температурах, до микроорганизмов, которые процветают в гидротермальных источниках на дне океана и питаются химической энергией.
|
|
|
|
С помощью наших моделей мы исследовали, могут ли они выжить в недрах Марса или в океанах Европы. Мы также исследовали, могут ли морские бактерии, вырабатывающие кислород в океанах Земли, потенциально выжить на известных экзопланетах.
|
|
|
|
Несмотря на комплексность и детализацию, этот подход вносит важные упрощения. Например, он пока не моделирует, как жизнь может формировать планету, и не учитывает весь спектр питательных веществ, в которых могут нуждаться организмы. Эти упрощения сделаны намеренно.
|
|
|
|
В большинстве сред, которые мы в настоящее время изучаем, мы слишком мало знаем об условиях, чтобы осмысленно использовать такие модели, за исключением некоторых тел Солнечной системы, таких как Энцелад Сатурна.
|
|
|
|
Количественная оценка обитаемости позволяет моей команде ответить на такие вопросы, как, например, может ли астробиологов заинтересовать подземное расположение на Марсе, учитывая имеющиеся данные, или же астрономам следует направить свои телескопы на планету А или планету В в поисках жизни. Наш фреймворк доступен в виде компьютерной модели с открытым исходным кодом, которую астробиологи теперь могут легко использовать и развивать для помощи в текущих и будущих проектах.
|
|
|
|
Если ученые действительно обнаружат потенциальный признак жизни, этот подход может помочь оценить, действительно ли окружающая среда, в которой он обнаружен, может поддерживать тот тип жизни, который приводит к обнаружению этого признака.
|
|
|
|
Нашими следующими шагами будет создание базы данных о наземных организмах, которые живут в экстремальных условиях и представляют пределы жизни. К этим данным мы также можем добавить модели гипотетической инопланетной жизни. Интегрируя их в систему количественной оценки пригодности для жизни, мы сможем разрабатывать сценарии, интерпретировать новые данные, поступающие из других миров, и направлять поиск признаков жизни за пределами Земли — в нашей Солнечной системе и за ее пределами.
|
|
|
|
Источник
|
