|
Поиски лучшего способа отличить жизнь от нежизни
|
|
|
|
Для поиска жизни на других планетах необходим способ изучения химического состава их атмосфер. Если бы другой биологический вид наблюдал за Землей в поисках жизни, он бы искал "неопровержимые доказательства" химического состава атмосферы. Это включает в себя поиск кислорода, поскольку он образуется в процессе фотосинтеза растениями и некоторыми бактериями. Итак, ключевым моментом является поиск химических "сигналов", связанных с жизнью, на экзопланетах.
|
|
|
|
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) изучил атмосферу экзопланет, открыв новые возможности для поиска жизни в других местах. С помощью этой и других мощных обсерваторий ученые получают инструменты для точной настройки поиска жизни и определения мест, где ее нет. Однако, кроме газообразного кислорода в нашей атмосфере, они до сих пор не определили никаких других химических сигналов, которые однозначно говорили бы "Здесь есть жизнь!" в других мирах.
|
|
|
|
Возможно, поиск единственной подписи "святого Грааля" - неправильный подход. В новой статье, опубликованной в журнале Planetary Science, исследователи предполагают, что лучший способ продвижения вперед - это наблюдать за взаимодействием химических веществ в атмосфере планеты, разрабатывая систему, которая может даже обнаружить "жизнь такой, какой мы ее не знаем". Это потому, что могут быть случаи, когда другие планеты могут развились формы жизни, которые не совсем похожи на те, что мы знаем здесь, на Земле.
|
|
|
|
|
|
|
Использование сетевого подхода
|
|
|
|
Помимо использования кислорода в качестве основного сигнала о существовании жизни, существуют и другие химические вещества, которые сигнализируют о жизни, о чем мы знаем из опыта, полученного на Земле. Одним из них является метан, который вырабатывается формами жизни здесь, на Земле. Однако он также присутствует в больших количествах здесь, а также на планетах за пределами Солнечной системы, и не весь он является результатом жизненных процессов. Это означает, что дистанционно обнаруженные биосигнальные газы могут быть ложно срабатывающими в поисках возможной жизни. По этой причине использование только одного газа в качестве инструмента поиска будет не очень полезным.
|
|
|
|
В статье авторы Тереза Фишер, Эстель Жанен и Сара Имари Уокер утверждают, что ученым необходимо разработать методы, позволяющие сначала выяснить, поступает ли газ из биотического источника или образуется абиотическим путем (без необходимости для жизни). Они предлагают подход к анализу атмосферных газов с использованием сети химических реакций (CRN).
|
|
|
|
CRN - это, по сути, набор химических соединений, которые вступают в реакцию друг с другом, и в процессе этого они трансформируются. Ученые могут анализировать структуру сети, чтобы понять ее текущее и потенциальное поведение, и использовать полученные знания для создания моделей изучаемых систем.
|
|
|
|
Такой анализ мог бы во многом прояснить различные вопросы, связанные с поиском жизни в других местах. Например, сетевой подход мог бы рассказать кое-что о возможных формах жизни, образующих химические соединения в данном мире. Это также могло бы сообщить наблюдателям, происходит ли сжигание топлива (например) на поверхности или в воздухе планеты. Это могло бы дать представление о метаболизме любых форм жизни в мире. С его помощью можно даже определить, нет ли в каком-либо мире жизни или эта жизнь совсем не похожа на ту, что мы знаем здесь, на Земле.
|
|
Примеры
|
|
|
|
В своей работе авторы хотели выделить биологические, абиотические и аномальные (неидентифицируемые) источники биосигнатурных газов в атмосфере, используя сетевой подход. Они смоделировали 30 000 атмосфер земного типа. Затем они разделили их на два набора данных. Первый набор был обозначен как "Архейские миры, похожие на Землю" и "современные миры, похожие на Землю".
|
|
|
|
К первому типу относятся миры с атмосферой, очень похожей на земную в архейскую эпоху, которая произошла между 2 и 4 миллиардами лет назад. В атмосфере было мало кислорода, и она состояла в основном из метана и аммиака. Возможно, когда-то существовал глобальный океан с несколькими участками суши, а формы жизни были ограничены колониями бактерий. На других экзопланетах могли существовать архейские условия на Земле, и они могли быть пригодны для обитания простых форм жизни.
|
|
|
|
В современных мирах земного типа условия были бы очень похожи на нашу планету сегодня, где атмосфера состоит из азота и кислорода, богатых углеводородами, выделяющимися в результате технологической деятельности. Команда смоделировала такие миры с хлорфторуглеродами и без них (на Земле их использование постепенно прекращается).
|
|
|
|
Они изучили сетевые свойства атмосфер всех этих типов планет, чтобы рассмотреть, например, образование метана как биотического маркера. Он может вырабатываться жизнью в процессе, называемом метаногенезом. Это также конечный результат геологического процесса, при котором гидротермальная активность может превращать такие минералы, как оливин и пироксен, в так называемые "змеевидные" минералы. Потенциально пригодные для жизни миры, атмосфера которых содержит метан, могут получить его в результате любого из этих процессов, так что это не является окончательным признаком наличия жизни.
|
|
|
|
В своей статье команда заявила, что "сетевой анализ также отличает современные атмосферы, подобные Земной, с содержанием ХФУ-12, от атмосфер без него. Используя байесовский анализ, мы демонстрируем, как статистика атмосферных сетей может обеспечить большую уверенность в исключении биологических объяснений по сравнению только со статистикой содержания газа.
|
|
|
|
"Наши результаты подтверждают, что теоретико-сетевой подход позволяет различать гипотезы о биологических, абиотических и аномальных атмосферных факторах и, что немаловажно, позволяет исключить жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, в качестве возможного объяснения. В заключение мы обсудим, как дальнейшее развитие методов статистического вывода для спектральных данных, учитывающих сетевые свойства, может значительно усилить будущие усилия по обнаружению биосигналов".
|
|
|
|
Использование системного подхода для поиска жизни
|
|
|
|
Единый системный подход опирается на надежные и текущие данные исследований экзопланет, которые помогают ученым определить возможности существования жизни на других планетах. Применение его к изучению биосигнального газа (метана) и техносигнального газа (ХФУ-12) показывает, что с помощью CRN-анализа можно выявить изменения на системном уровне, которые могут указывать на присутствие жизни. Эти формы жизни могли выделять один газ (как, например, бактерии, выделявшие кислород на ранней Земле), или же они могли производить сложные химические смеси, более характерные для технологической цивилизации.
|
|
|
|
Другими словами, анализ атмосферы путем изучения взаимодействия химических веществ в атмосфере может дать представление как об отдельных газах, так и о более сложных побочных химических продуктах. Этот аналитический подход также был бы весьма полезен, когда наши телескопы изучают мир, в котором у нас недостаточно информации о лежащей в его основе биосфере, или если существующая техносфера недостаточно изучена.
|
|
|
|
Анализ CRN помог бы ученым предположить ряд возможностей, в том числе, является ли биология более "земной" или более "инопланетной". Это также помогло бы им исключить аномальные сигналы при поиске пригодных для жизни миров и жизни, которая их населяет.
|
|
|
|
Источник
|
