За тридцать лет открыли почти пять тысяч планет за пределами Солнечной системы, и их число растет. Предполагают, что в нашей Галактике сотни миллионов потенциально обитаемых миров. О том, можно ли, находясь за много световых лет, распознать на них жизнь, — в материале РИА Новости.
Неопровержимые улики
Жидкая вода — ключевой фактор зарождения и развития землеподобной жизни (не исключены и другие варианты, например, на кремнии, а не углероде, но это особый разговор). Обитаемая планета должна быть железно-каменной, массой от одной десятой до десяти земных. И звезда нужна подходящая. Если она тяжелее Солнца в несколько раз, биосфера просто не успеет сложиться.
У самых легких звезд зона обитаемости слишком близко, и планеты попадают в приливной захват: там нет смены дня и ночи, а также времен года. Кроме того, звездный ветер и ультрафиолетовое излучение пагубно влияют на живые организмы и способствуют потере атмосферы. Защита — магнитное поле, для возникновения которого требуется жидкое железное ядро. Кроме того, важную роль играет крупная луна.
Если планета похожа на Землю по массе и радиусу и находится в зоне обитаемости звезды, можно приступить к поиску следов жизни — биосигнатур, или биомаркеров (второй термин менее удачен, так как используется и в медицине).
Основные биосигнатуры — это кислород, озон, вода, метан и углекислый газ. Кроме того, закись азота, аммиак, диметилсульфид, диметилдисульфид, хлорметан, а также фосфин. По отдельности эти вещества возникают и на необитаемых планетах. Но если они вместе, это повышает шансы.
Биосигнатуры помогают выявить анализ спектра атмосферы. Его получают, исследуя собственное излучение экзопланеты в инфракрасном диапазоне, ее отраженный свет или прохождение по диску родительской звезды. Линии поглощения покажут, какие химические элементы там присутствуют и в какой концентрации.
Веселящий и животворящий
Кислород на Земле возникает в результате фотосинтеза и занимает около 20 процентов атмосферы. Этот газ легко распознать, так как он сильно поглощает излучение в инфракрасной области. Около двадцати лет назад при выборе частотного диапазона космического интерферометра TPF (Terrestrial Planet Finder) ставку сделали именно на кислород. Увы, проект отменили.
Теперь надежды возлагают на космический телескоп "Джеймс Уэбб", который стартует с космодрома Куру 24 декабря. Американские ученые продемонстрировали, что он способен обнаружить кислород в атмосфере экзопланет системы TRAPPIST-1 в концентрациях, косвенно свидетельствующих о существовании жизни.
© Иллюстрация РИА Новости. CC0 / NASA Планетная система Траппист-1
© Иллюстрация РИА Новости. CC0 / NASA
Озон — еще один хороший кандидат в биосигнатуры. Он образуется из кислорода и хорошо заметен в ультрафиолетовый телескоп.
Однако кислород может вырабатываться в природных процессах, не связанных с жизнью. Например, при фотолизе молекул воды. Если планета находится в зоне обитаемости агрессивного красного карлика, излучающего много рентгена и ультрафиолета, вода будет расщепляться на водород и кислород. Первый — легкий — улетучится в космос, второй — тяжелый — останется в атмосфере.
Землю защищает "холодная ловушка": водяной пар конденсируется, а затем выпадает в виде осадков. Ее формирование связано с азотом. Поэтому если в атмосфере экзопланеты, скажем, 20 процентов кислорода и более 70 процентов азота, это практически точное доказательство жизни. В абиогенных условиях такие смеси не возникают (или мы пока не знаем о подобных процессах).
Другой важный признак — метан. На Земле его производят бактерии, в том числе в пищеварительном тракте жвачных животных. В гораздо меньших количествах он образуется при извержении вулканов.
Осенью 2020-го ученые из Вашингтонского и Калифорнийского университетов пришли к выводу, что сочетание метана и углекислоты — надежная биосигнатура при условии, что в атмосфере ничтожно мало угарного газа. Термодинамическая модель показала: вулканы вряд ли произведут столько же метана, как биологические источники. Однако исследователи отмечают, что эти результаты основаны на изучении Земли и небесных тел Солнечной системы, поэтому еще требуют уточнения.
Еще вариант — закись азота ("веселящий газ"). Его генерируют бактерии в почве. Но не исключено, что это соединение возникало в далеком прошлом Земли, когда ее богатый серой океан взаимодействовал с азотом. То есть закись азота в атмосфере может означать, что мы имеем дело с молодой необитаемой планетой.
Недавно астрономы Массачусетского технологического института предложили внести в список потенциальных биосигнатур изопрен (C5H8). За год на Земле образуется 400-600 мегатонн этого газа. Львиную долю дают тропические растения. Более скромный вклад вносят животные, грибы, бактерии.
В атмосфере изопрен разрушается за несколько часов, в частности, в результате реакций с соединениями, содержащими кислород. Если животворного газа мало, изопрен будет накапливаться. Так происходило в первые 2,4 миллиарда лет существования нашей планеты.
Согласно расчетам, "Джеймс Уэбб" в состоянии обнаружить изопрен в атмосфере экзопланеты размером с суперземлю, но при условии, что его источник на несколько порядков мощнее, чем на Земле. Кроме того, важно не спутать изопрен с метаном и другими углеводородами.
На Венере, ах, на Венере…
Признаки жизни продолжают искать и на планетах Солнечной системы.
Настоящий переполох разразился, когда в сентябре 2020-го группа ученых из Кардиффского университета опубликовала в журнале Nature результаты наблюдений газовой оболочки Венеры наземным телескопом Максвелла и комплексом радиотелескопов ALMA. Астрономы обнаружили следы фосфина, одной из потенциальных биосигнатур. На Земле его создают анаэробные бактерии.
Ученые отметили, что концентрация фосфина в атмосфере Венеры весьма серьезная, а встречается он в основном в районе экватора на высоте 50-60 километров. В суровых венерианских условиях эта молекула в среднем существует около четверти часа. Значит, что-то (или кто-то) ее постоянно синтезирует в большом количестве.
Эти выводы сразу же раскритиковали. В ответ исследователи дали более скромную оценку. Также на фосфин косвенно указал анализ архивных данных зонда межпланетной станции "Пионер-13", полученных около сорока лет назад.
Этим летом специалисты Корнеллского университета сообщили, что фосфин в атмосфере Венеры, скорее всего, вулканического происхождения. Однако их работа носит оценочный характер.
В октябре вышел специальный номер журнала Astrobiology, где приводили аргументы за и против пригодности облаков Венеры для микробов.
Так что дискуссия продолжается даже по поводу нашей ближайшей соседки. Что уж говорить о сотнях миллионов далеких планет.
Автор новости
