Почему при поиске жизни в космосе изучают древнюю Землю
Представьте: вы смотрите на точку в глубоком космосе и хотите понять — есть ли там хоть какие-то микробы? До нее триллионы миль, никакой телескоп не разглядит детали. Но астрономы придумали блок-схему. Она помогает расставить приоритеты: какие планеты стоит изучать в первую очередь, а какие пока оставить в покое.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» уже показал нам первые галактики. Следующее поколение телескопов нацелится на миры по соседству. Ученые надеются, что эти приборы различат планеты, где возможны инопланетяне — пусть даже не зеленые человечки, а просто одноклеточные.
Почему ученые изучают древнюю Землю
Чтобы понять, на что обращать внимание у далеких миров, исследователи обратились к истории нашей собственной планеты. Оказывается, за 4 млрд лет земная атмосфера изменилась до неузнаваемости. И если бы инопланетные астрономы изучали Землю в разные эпохи, они могли не догадаться, что здесь кипит жизнь.
Астрономы из Университета Северной Аризоны предложили стратегию поиска экзопланет, похожих на Землю. Причем они не ограничиваются жизнью в ее современном виде.
Архей: эпоха метана
Возьмем архейскую эру — 2,5–4 млрд лет назад. Тогда микробы только начинали распространяться по планете. Атмосфера Земли напоминала ядовитый коктейль: много метана и углекислого газа, почти нет кислорода. Тем не менее жизнь существовала и даже эволюционировала.
Если бы мы сегодня искали такую планету, то по стандартным критериям (кислород плюс вода) легко бы ее пропустили. Но там был метан — другой потенциальный признак жизни. Ученые поняли: нельзя полагаться только на кислород.
Протерозой: кислород приходит не сразу
За археем последовала протерозойская эра. Уровень кислорода начал повышаться, появились более крупные и сложные организмы. Однако и в эту эпоху кислорода было еще недостаточно, чтобы заметить его с большого расстояния. А метана стало меньше. Получается, что на протяжении миллиардов лет Земля оставалась «невидимой» для гипотетических инопланетных астрономов.
Сегодня большинство специалистов считают главными маркерами жизни водяной пар и кислород. Следом идут метан, умеренный уровень углекислого газа, иногда закись азота или сернистые газы. Но если бы инопланетяне наблюдали за нами в протерозое, они бы увидели слишком слабые сигналы и решили, что Земля безжизненна. Этот урок заставил астрономов пересмотреть свои подходы.
Могли бы инопланетяне обнаружить жизнь на Земле
Астробиологи из Калифорнийского университета в Риверсайде задались вопросом: мог бы инопланетный наблюдатель правильно определить, что Земля обитаема? Чтобы ответить на него, они восстановили состав нашей атмосферы за последние 4 млрд лет и оценили, можно ли различить биогенные газы из космоса.
Вывод оказался неожиданным: кислород не обнаруживался больше двух миллиардов лет после того, как впервые появился на Земле. Это классический ложноотрицательный результат. Даже метана в протерозое могло не хватить для уверенного обнаружения. Значит, многие экзопланеты, на которых на самом деле есть жизнь, могут выглядеть стерильными. Ученым нужно искать не только современный земной аналог, но и «окаменелые» эпохи — архейскую и протерозойскую.
Какие маркеры жизни проверяют ученые в первую очередь
Сейчас алгоритм поиска обитаемых планет выглядит так. Сначала астрономы изучают звезду-хозяина: не слишком ли часто она вспыхивает. Мощные вспышки могут стерилизовать планету. Затем проверяют орбиту: находится ли мир в «зоне Златовласки» — там не слишком жарко и не слишком холодно для жидкой воды.
Дальше начинается самое интересное. С помощью спектрографа (такой есть на «Джеймсе Уэббе») ученые сканируют атмосферу планеты в инфракрасном диапазоне. Первым делом ищут водяной пар. Если его много — значит, под небом есть вода. Затем смотрят на кислород и метан. Их соотношение подсказывает, куда двигаться дальше: искать ли углекислый газ, озон или другие молекулы.
Фотосинтез (если он есть на другой планете) производит кислород. Организмы, которые дышат кислородом, выделяют углекислый газ и воду. А некоторые микробы, например бактерии, вырабатывают метан. Каждый такой газ — кусочек пазла. Лучше оценивать их вместе, а не по отдельности. Но возможности спектрографа ограничены: он чувствителен к одним длинам волн и не чувствителен к другим. Поэтому блок-схема выстраивает возможные траектории и подсказывает, какую версию планеты мы видим: похожую на современную Землю, на древнюю планету или нечто совсем иное.
Почему мы ищем в космосе земные условия
У нас есть только один пример обитаемой планеты — Земля. Как бы не хотелось верить в необычные формы жизни, стратегически разумнее искать то, что мы уже знаем. Это не значит, что ученые игнорируют остальные планеты. Напротив, марсоход «Персеверанс» как раз ищет признаки прошлой жизни на Красной планете. С 2021 года он исследует кратер Езеро и собирает образцы пород, чтобы выяснить, существовала ли когда-либо на Красной планете микроскопическая жизнь.
Но для далеких экзопланет у нас нет возможности посадить зонд. Мы видим только свет, прошедший сквозь атмосферу. И тут земной опыт незаменим.
Любая блок-схема рискует дать ложную тревогу. Астрономы из Калифорнийского университета в Санта-Крузе предупреждают: кажущиеся благоприятными признаки могут иметь небиологическое происхождение. Например, вулканы тоже выделяют метан. Если мы увидим много метана на экзопланете, это еще не жизнь.
Показательный пример — Титан, спутник Сатурна. Его атмосфера насыщена метаном, но температуры там крайне низкие, а воды почти нет. Скорее всего, Титан безжизнен. Хотя слово «скорее всего» оставляет лазейку: теоретически на Титане могут обитать странные микробы, которые выживают в метановых озерах, питаются ацетиленом и дышат водородом вместо кислорода.
Астрономы надеются на создание телескопа, который окажется достаточно чувствительным и сможет изучить десятки миров, похожих на Землю. И тогда блок-схема, проверенная на древней Земле, наконец даст ответ: одиноки ли мы во Вселенной. Но ученые готовы и к неожиданностям. Блок-схема включает ветви для планет, которые не похожи ни на один этап истории Земли. Такие миры не стоит отбрасывать, ведь там тоже может скрываться жизнь. Просто не такая как на нашей планете.
По материалам wired.com.
Сколько лет Земле и как ученые это выяснили
Как на Земле появилась вода: невероятная история космической доставки
