Телескоп «Джеймс Уэбб» исследует экзопланеты и ищет на них признаки жизни. Разбираемся, по каким маркерам он сможет распознать присутствие инопланетных существ
Что такое экзопланеты и биосигнатуры
Экзопланеты — это миры, которые вращаются вокруг звезд, точно так же, как Земля вращается вокруг Солнца. В 2022 году подход к их изучению кардинально меняется благодаря новому телескопу «Джеймс Уэбб». Вскоре из его снимков человечество получит первое представление об условиях на потенциально похожих на Землю планетах за пределами Солнечной системы. На одной из них может существовать жизнь.
Чтобы заметить жизнь на экзопланете, ученые будут искать маркеры биосигнатур. Этот термин в широком смысле означает любое проявление жизнедеятельности, а в узком — некоторые газы. Разбираемся, как они могут рассказать исследователям о том, что инопланетные существа реальны.
Кислород и озон
Кислород — это самая очевидная биосигнатура. Его производят растения, им дышат люди. Горные породы Земли свидетельствуют о том, что уровень этого газа в атмосфере планеты резко увеличивался по мере развития жизни. Кислород, которым мы дышим, — это O2, два атома, соединенные вместе. Но другую конфигурацию кислорода с тремя атомами (озон) тоже можно обнаружить с помощью «Джеймса Уэбба».
Однако обнаружение кислорода не гарантирует наличие жизни на планете. Он может образоваться и без нее — ученые называют этот феномен «бесконтрольным парниковым эффектом». Планета становится достаточно горячей для того, чтобы ее океан испарился. Образующийся в атмосфере водяной пар перегревает ее до несовместимых с жизнью уровней. Из-за жара вода распадается на водород и кислород. Молекулы водорода легкие и могут двигаться достаточно быстро, чтобы избежать притяжения планеты и улететь в космос. А более тяжелый кислород остается.
Фосфин и аммиак
Фосфин — это газ, который встречается в атмосферах с преобладанием водорода. На Земле его вырабатывают микроорганизмы, которые находятся, например, в кишечных трактах животных. Плохо пахнущий аммиак — еще один потенциальный биосигнатурный газ, который также производится животными на Земле. И он, и фосфин преобладают в атмосферах планет газовых гигантов, однако не ожидается, что он будет присутствовать на экзопланетах в больших количествах.
Даже если фосфин или аммиак есть в атмосфере экзопланеты, обнаружить их будет крайне непросто. Дело в том, что оба вещества присутствуют на Земле в ничтожных концентрациях — всего несколько частей на миллиард.
Метан и углекислый газ
Отдельные газы-биосигнатуры встречаются нечасто, поэтому лучше искать комбинацию. Большое количество метана на Земле испускают животные (в том числе люди) как пищеварительные газы, а углекислый газ — как побочный продукт дыхания.
Если кислорода в атмосфере достаточно, то углерод стремится оставаться с ним в виде углекислого газа (CO2, один атом углерода и два атома кислорода), а не образовывать метан (CH4, один атом углерода и четыре атома водорода). Кроме того, в такой среде любой углерод, оказавшийся в молекуле метана, быстро избавляется от водорода в пользу пары атомов кислорода. Соответственно, наличие метана и обилие углекислого газа на планете свидетельствует о том, что кто-то или что-то (например, бактерии) постоянно производит метан.
Что произойдет, если астрономы обнаружат маркеры инопланетной жизни
Телескоп «Джеймс Уэбб» уже превзошел ожидания. Однако каким бы мощным он ни был, атмосфера каменистых экзопланет все еще трудна для изучения. Если астрономам посчастливится обнаружить конкретные газы, им все равно придется измерить их количество. А этот процесс сложен, так как сигналы могут накладываться друг на друга.
Астроном и специализирующаяся на экзопланетах ученая из Великобритании Джоанна Барстоу подчеркивает: «Даже если мы обнаружим и точно измерим один из возможных биосигнатурных газов, я не думаю, что это даст возможность утверждать, что мы нашли инопланетную жизнь. «Джеймс Уэбб» только открывает новую главу планетарных атмосфер. По мере изучения мы обнаружим, что многие из наших предыдущих предположений оказались неверными. Обнаружение же биосигнатур было бы интересным намеком, обещающим большую работу».