Учёные не теряют надежды найти признаки существования жизни на других планетах и их спутниках — не только в Солнечной системе, но и других звёздных системах. К сожалению, это весьма непростая задача. И даже если появляется надежда, подкреплённая определенными сведениями об удалённом объекте, она исчезает после внимательного изучения.

Например, космический телескоп «Джеймс Уэбб» не подтвердил наличия плотной атмосферы вокруг скалистой экзопланеты TRAPPIST-1 C. А она выглядела весьма перспективной с точки зрения возможности существования воды в жидком виде и, возможно, жизни. Какие же признаки могут быть относительно надёжным свидетельством существования внеземной жизни? Давайте разберёмся.

Почему мы вообще задаём этот вопрос?

Дело в том, что «Джеймс Уэбб» — уникальный научный инструмент, который может обнаружить атмосферу на весьма удалённых экзопланетах. Конечно, это делается не при помощи оптического наблюдения, наличие атмосферы доказывается при помощи иных способов.

Тем не менее учёные Земли способны не только обнаружить атмосферу на экзопланетах, но и узнать многое о её химическом составе. Наличие плотной атмосферы с большим количеством водяного пара — один из критериев, указывающих на возможность существования жизни.

Но что ещё можно считать надёжным критерием такого рода? Обсуждение этого вопроса ещё идёт, но кое-какие выводы уже сделаны, несмотря на сложность самого вопроса. Ведь приходится по очень ограниченному объёму данных о другой планете и её атмосфере делать весьма глубокие выводы.

Методы выявления экзопланет и получения сведений о них

Даже самые мощные телескопы, включая орбитальные, никогда не видят такие объекты. Экзопланеты выявляют по косвенному признаку — периодическому изменению яркости звезды. Причины могут быть разными, одна из них — прохождение планеты между своей звездой и наблюдателем с Земли.

При этом затемнение характеризуется рядом факторов, по которым можно определить химический состав атмосферы экзопланеты. Конечно, это приблизительный анализ, но это лучше, чем ничего. По словам учёных, провалы и пики яркости звезды подобны уникальному штрих-коду. Каждая экзопланета уникальна, соответственно, и «световой штрих-код» тоже уникален.

Что касается химического состава атмосферы, определяется он благодаря поглощению световых волн различной длины. Соответственно, учёные могут сравнить светимость звезды до прохождения экзопланеты по её диску со светимостью после, проанализировать изменение световых волн различной длины и понять, какие вещества есть в атмосфере. Именно они и поглощают свет определённого спектра.

Выше — характерные признаки существования различных веществ и компонентов, что очень хорошо видно при анализе спектра светимости удалённой звезды.

Возможно, наиболее надёжный способ обнаружить жизнь (в той форме, в которой мы её знаем) — поискать признаки наличия газа, который производят живые организмы. Ранее учёные считали, что это кислород, который производят растения в результате фотосинтеза. Но кислород может появиться и в результате действия других процессов. Например, мощное солнечное излучение может расщеплять воду в атмосфере, в результате чего концентрация кислорода становится выше.

Да и другие соединения могут возникать без наличия живых организмов. Поэтому вместо того, чтобы рассматривать какие-то отдельные признаки существования жизни, учёные предпочитают использовать комплексный подход, а также рассматривать результаты наблюдений в контексте, т. е. в связке с определением характеристик планеты.

Пример — такие критерии, как положение планеты. Она может находиться в потенциально обитаемой зоне, т. е. на таком расстоянии от своей звезды, при котором на поверхности планеты может существовать вода в жидком виде, а излучение самой звезды не является слишком жестким. Кроме того, у планеты должна быть атмосфера, в которой присутствуют следы некоторых соединений. Например, метана и кислорода одновременно. Сам по себе метан может образовываться без всяких живых существ. Кислород — аналогично, об этом мы уже говорили выше. А вот если они присутствуют в атмосфере экзопланеты вместе, причём в концентрации, которая не стремится к нулю, то уже можно говорить о возможном существовании жизни на такой планете. Также одним из таких признаков может быть сезонная динамика озона.

Но, повторимся, всё это характерно лишь для жизни, которую мы хорошо знаем — т. е. земной жизни. А ведь могут быть и планеты, которые похожи на Европу, спутник Юпитера. Там тоже может быть жизнь, но ни плотной атмосферы, ни значительных следов кислорода и метана в ней у подобных планет нет. Но зато в наличии другие условия — потенциально обитаемая зона и наличие жидкой воды и льда. К сожалению, планеты такого рода обнаружить крайне сложно, ведь их удалённое изучение укажет на отсутствие атмосферы.

Кое-что ещё

Именно по этому учёные разработали и систему биосигнатур, которая может указывать на существование жизни, не особенно похожей на известную нам форму. Это, конечно, уже экзотические гипотезы, но они тоже не лишены права на жизнь.

Одним из индикаторов такой биосигнатуры может быть аномальная неоднородность атмосферы. Т. е. такой её химический состав, который резко отличается от атмосферы безжизненной планеты, которая покрыта вулканами, — это лишь пример. Если предположить, что инопланетная жизнь производит какие-то газы, то с течением времени их концентрация может быть гораздо выше нормы, характерной для других планет.

Соответственно, сформулирован простой признак: если вам нужно найти жизнь, ищите странные планеты, которые выбиваются из общего ряда. В 2016 году астрофизик Массачусетского технологического института Сара Сигер и её коллеги предложили список из около 14 000 молекул для рассмотрения в качестве возможных биосигнатур.

Дэвид Кинни из Йельского университета вместе Крисом Кемпесом из Института Санта-Фе разработали свой метод оценки, используя этот список соединений, а также методы, основанные на алгоритмах машинного обучения. Это привело к появлению способа точно определить и оценить «странность» атмосферы гипотетической экзопланеты по сравнению с набором других гипотетических атмосфер.

По мнению этих специалистов, планета с самой странной атмосферой является вместилищем жизни с большой степенью вероятности. Это основано на нескольких предположениях:

• жизнь во Вселенной встречается не так часто

• она оставляет след в химическом составе атмосферы

• этот след крайне необычен и сложно воспроизводим лишь природными условиями самой планеты

Все эти предположения могут оказаться и ложными, но лучше уж такая синица в руке, чем журавль в небе вообще без предположений и аргументов.

Ну ок, есть биосигнатуры. Что теперь?

Дальше учёные предполагают использовать метод исключения. Постепенно исключать не связанные с жизнью потенциальные биосигнатуры. Для этого, конечно, нужно очень хорошо знать геологию и химию других объектов, но изучение уже идёт.

И чем больше явно необитаемых планет учёные смогут проанализировать, тем больше вероятность обнаружения потенциально обитаемых. Скалистые землеподобные планеты — весьма перспективные с точки зрения возможного обнаружения жизни объекты. Но и здесь есть проблема.

Вопрос в том, могут ли вообще потенциально каменистые планеты, которые может наблюдать «Джеймс Уэбб», иметь атмосферу. Единственные звёзды, планеты обитаемой зоны которых находятся в пределах досягаемости телескопа, — это красные карлики, такие как TRAPPIST-1. Эти звёзды испускают жёсткое излучение, которое, по мнению многих учёных, неизбежно разрушит атмосферу любых обитаемых планет, что может объяснить скудность или отсутствие атмосферы TRAPPIST-1 B и TRAPPIST-1 C.

Но, как говорится, «отрицательный результат — тоже результат». Соответственно, если мы поймём, что скалистые планеты не смогут удерживать атмосферу, это существенно сократит количество потенциально обитаемых миров. Дело в том, что красные карлики — наиболее распространённые звезды в нашей галактике. Соответственно, если их исключить из поиска, целей станет гораздо меньше, а вероятность положительного срабатывания увеличится.

Сейчас учёные ведут большую работу по изучению других звёздных систем, чтобы получить массив данных, позволяющий строить аргументированные гипотезы. Ну а ближайшее будущее покажет, насколько все эти гипотезы реальны.