Очень лучшее понимание того, какие газы искать в атмосферах экзопланет, является ключом к обнаружению внеземной жизни
Представьте на мгновение, что инопланетный астрофизик на какой-то далекой, но обитаемой планете пытается выяснить, обитает ли Земля. Если бы они искали за последние 100 лет, было бы несколько недвусмысленных доказательств: радиосигналы, телевизионные передачи, выбросы искусственных химических веществ, таких как хлорфторуглероды или ХФУ.
Но за миллиарды лет жизни на Земле, которые предшествовали этому, мы были гораздо менее очевидны. Инопланетный астрофизик мог обнаружить кислород в нашей атмосфере, что является интригующим, но не верным признаком жизни. Комбинация кислорода и метана была бы гораздо более перспективной, но оба газа могут быть ложноположительными, поскольку они могут быть результатом геохимических или атмосферных процессов.
Большая проблема в том, что инопланетяне должны знать, что искать. Они вполне могли бы найти кислород здесь, но, если бы они не были кислород-зависимыми формами жизни, им не могло бы прийти в голову, что мы есть. Чтобы тщательно выполнять свою работу, эти инопланетяне не смогут отдыхать, пока не обнаружат все газы в нашей атмосфере на разных высотах, широтах и долготах и не проанализируют, как каждый газ вписывается в контекст нашей биосферы.
Есть тысячи различных газов, которые могут быть доказательствами биосферы по всей галактике. Некоторые из них, такие, как кислород, вероятно, будут присутствовать в больших количествах, но могут существовать без жизни. Некоторые газы могут только быть сделаны живыми существами, но требуют так много энергии, чтобы сформировать, что они, вероятно, существуют в очень небольших количествах. Мой любимый из этих редких газов — фосфин. Фосфин — захватывающая и ужасная молекула. Он убивает различными образными способами, и все это связано с его вмешательством в кислородный обмен. Для нас, современных кислородолюбивых существ, фосфин является чрезвычайно токсичной и ужасно дурно пахнущей молекулой.
Но на протяжении большей части истории жизни на Земле наша планета была бескислородной. До великого события окисления около 2,4 миллиарда лет назад жизнь процветала без кислорода. Пахло бы ужасно. Некоторые из этих бескислородных сред все еще существуют: болота, болота и кишечники людей, пингвины, рыбы и многие другие животные. Анаэробная жизнь в этих местах производит много фосфина. Они воняют от этого; они воняют жизнью. Другие планеты, населенные тем типом жизни, который не зависит от существования кислорода, также могут иметь фосфин в качестве биосигнатуры.
Жизнь, как мы знаем, это, вероятно, единственный остров в обширном архипелаге возможностей для биологии. Наша галактика обладает огромным разнообразием звезд, и вокруг них вращаются планеты всех видов. Одна только Земля породила миллиарды видов. Таким образом, это не большой скачок, чтобы думать, что сама жизнь может возникнуть в большом количестве неожиданных форм, которые наполняют их атмосферы странными молекулами, такими как фосфин. Однажды мы можем обнаружить фосфин в одной из этих атмосфер. Это не было бы забавными местами для нас; честно говоря, мы могли бы найти их отвратительными. С другой стороны, жители этих планет, вероятно, найдут насотвратительно тоже (проблему для межпланетной дипломатии преодолеть). Тем не менее, если мы найдем фосфин на скалистой планете в обитаемой зоне, где нет ложных срабатываний, мы найдем жизнь.
Чтобы найти фосфин или любой из тысяч газов, которые жизнь могла бы произвести и выпустить в атмосферу, нам нужны спектры. Это своего рода молекулярный отпечаток пальца, который можно обнаружить в свете этих планет. На данный момент у нас есть спектры только для примерно 4 процентов всех возможных биосигнатурных газов. У нас нет возможности обнаружить какие-либо из оставшихся молекул в потенциальной инопланетной биосфере.
Я работаю над получением этих пропущенных спектров так быстро, как только могу, но это сложно. Эксперименты дороги, часто опасны, и их трудно экстраполировать на странные условия. Теоретическое моделирование — отличная альтернатива, но требует большой работы и огромных возможностей компьютера. Получение спектров для одного фосфина заняло у меня четыре года, и мне потребовалось бы еще 60 000 лет, чтобы повторить этот процесс для тех тысяч биосигнатур без спектров.
Мы тратим так много времени и денег на улучшение наших телескопов и выбор лучших планетарных целей, но мы забываем, что, возможно, мы не готовы интерпретировать невероятные данные, которые мы получим из этих инопланетных атмосфер. Нам все еще не хватает фундаментальных знаний, не в последнюю очередь это наше понимание биосигнатурных газов и их спектров.
Моя главная проблема в поиске жизни не в том, найдем ли мы ее; Дело в том, что когда мы это сделаем, у нас не будет инструментов, чтобы распознать это. Как сам инопланетный астрофизик, мое собственное исследование фосфина научило меня, что именно такие молекулы будут держать ключ к поиску внеземной жизни.
Я полагаю, что есть большой шанс, что пришельцы, если мы их найдем, будут пахнуть ужасно. Это может стоить научному сообществу следом за его носом.
