Пока внеземные цивилизации не нашли нас, мы упорно пытаемся найти их. Если не цивилизации, то хотя бы признаки внеземной жизни. Так, недавно астрономы сообщили, что зафиксировали в атмосфере Венеры фосфин - газ, который может свидетельствовать о наличии жизни. На какие биомаркеры обращают внимание ученые, надеясь отыскать внеземные организмы? Почему среди более 4 тысяч выявленных экзопланет мы до сих пор не нашли с живыми организмами? Что вообще мы должны увидеть, чтобы убедиться, что мы во Вселенной не единственные?
Что нужно искать?
Если представить, что где-то во Вселенной есть астроном, наблюдающий за нашей Солнечной системе, то вряд ли бы он увидел жизнь на Земле - планете, которую со сравнением с Солнцем и разглядеть трудно. Нет, Великая китайская стена из космоса не видна, а наш первый радиосигнал, так называемый техномаркер, зафиксировали бы только на расстоянии 130 световых лет, не больше. Так же и мы, кстати, еще не слышали ни одного технического звука инопланетных цивилизаций.
Но не обязательно ждать развития технологий в наших гипотетических соседей по Вселенной. Жизнь можно найти по химическим следам веществ, которые свидетельствуют о жизнедеятельности. Такие вещества называются биомаркерами. Основных биомаркеров пять:
- Кислород
- Озон
- Вода
- Метан
- Углекислый газ
Отдельно каждый из них может ничего и не значить, а вот их комбинации свидетельствовать о жизни земного типа. Последняя новость о "жизни" на Венере именно об этом: наземные телескопы обнаружили в верхних слоях ее атмосферы газ фосфин (PH3), который входит в число потенциальных биомаркеров. Он не является стопроцентным доказательством, поскольку может образовываться в результате молний, например, но его нашли в достаточно привлекательной, учитывая климат Венеры зоне, где температуры и давления весьма похожи на земные.
Как искать?
Что искать, мы уже определились. Биохимики решили создать список разных комбинаций шести основных элементов, связанных с жизнью на Земле: углерода, азота, кислорода, фосфора, серы и водорода, чтобы ограничить круг потенциально обитаемых планет. Как теперь их увидеть?
Чтобы найти биомаркеры, необходимо получить данные о спектре атмосферы планеты. То есть разложить излучаемый свет, где отсутствие цветов - черные линии на спектре - укажут на присутствие определенных газов, поскольку каждый поглощает свет на разной длине волны. Есть целых три способа "поймать" свет от планеты. Планеты, находящиеся в зоне, пригодной для жизни (habitable zone), то есть на таком расстоянии от своей звезды, что позволяет существовать на поверхности жидкой воде, которая является источником инфракрасного излучения. Следовательно, его можно разложить на спектр и искать там следы газов-биомаркеров. То же самое можно сделать и с отраженным от планеты светом ее звезды. Да и не только от планеты - недавно "Хаббл" подтвердил населенность Земли с отраженным от Луны солнечным светом. Еще один способ позволяет сразу и найти экзопланету, и проанализировать ее атмосферу. Это транзитный метод обнаружения, то есть наблюдение за прохождением планеты на фоне ее звезды, которое позволяет увидеть атмосферу через свет. Так, "Хаббл" первым обнаружил экзопланету со следами водяного пара в атмосфере, а в ближайшее время этим заниматься его преемник "Джеймс Уэбб" и космический телескоп "Хеопс".
Где искать, или выберите себе звезду
То, что наша планета вращается вокруг Солнца, на самом деле, очень удачный выбор, ведь Солнце - одинокая звезда, желтый карлик. Она живет дольше гигантов, а потому светила ровно столько, сколько было нужно, чтобы мы вышли из воды и заговорили. И будет светить еще как минимум 5 млрд лет. На ней не происходят сильные вспышки опасного ультрафиолетового излучения, как на красных карликах, и она достаточно горячая, чтобы прогревать всю поверхность Земли.
Но совсем необязательно искать нужные нам экзопланеты у солнцеподобных звезд. Так, например, экзопланеты возле на первый взгляд холодных белых карликов также следует изучать. Моделирование показывают, что планета должна находиться совсем близко к такой звезды, чтобы поддерживать жизнь. Следовательно, она будет всегда обращена к звезде одной своей стороной, как Луна к Земле. Но ветры на ее поверхности все равно смогут поддерживать умеренный климат, уравновешивая температуру обоих полушарий.
Планеты, похожие на Татуин из вселенной "Звездных войн", над которыми светит два солнца, также вполне возможны, и на них даже может образоваться жизни. Кроме того, звезда - не единственный источник энергии. Спутники газовых гигантов Европа и Энцелад это подтверждают. Воздействие на них приливных сил Юпитера и Сатурна разогревает их достаточно, чтобы под их ледяной поверхностью могла существовать вода в жидком состоянии.
Идеальная планета для жизни
Астрономы довольно быстро определились с тем, куда именно смотреть, когда находишь нужную звезду. В первую очередь они определяют зону, пригодную для жизни. Вокруг каждой звезды можно определить такую область: в нашей Солнечной системе, например, это расстояние от 0.95 до 1.37 астрономических единиц. Мы, кстати, находимся в 1 астрономической единицы от Солнца, а вот Марс уже в 1.5. Такие пределы обусловлены возможностью планеты сохранять воду в жидком состоянии, иначе вода или испаряется, или замерзает. Но зона обитаемости - только пригодна и не является его гарантией.
Чтобы жизнь по крайней мере на Земле была возможной, должно было произойти множество совпадений обстоятельств. Остается много открытых вопросов: нужны спутники, каким должен быть планетарное ядро и продолжительность суток, или, возможно, человечество вообще обязана своим существованием Юпитеру? Некоторые ученые даже считают, что на появление жизни влияет удаленность планеты от других планет. Поэтому следующий шаг - выявление в экзопланет магнитного поля, наличия тектонических процессов, парникового эффекта и тому подобное. В общем, идеальный кандидат для жизни - это каменистый мир размером з Землю, удобно расположен в зоне, пригодной для жизни своей звезды. А именно, например, экзопланета Kepler-1649c, что на данный момент наиболее похожа на Землю по размерам и температурой. Хотя и здесь ученые настроены скептически и считают, что даже на экзопланетах-двойниках Земли шансы на появление развитой жизни равны 3: 2.
Почему до сих пор не нашли жизнь на планетах-океанах?
Казалось бы, вода - залог жизни, и если оно появилось на Земле, то на планетах-океанах оно должно бурлить. Кстати, вода составляет всего 0.02 процента массы Земли. Что уж говорить об экзопланете, если рядом есть спутники Европа и Энцелад, которые скрывают под своим ледяным слоем соленую и даже привычную к земной, воду. Но, как оказалось, все не так просто.
Развитые экосистемы сначала возникли в прибрежных зонах океана, да и сейчас на Земле самая биологическая активность в океане наблюдается на побережье Калифорнии, Перу, Северо-Западной и Южной Африки. Это объясняется апвеллингом - процессом, который с помощью ветров позволяет поднимать со дна питательные вещества, например остатки животных, в верхние слои океана, и обуславливает разнообразие жизни. Океаны на экзопланетах должны иметь освещенные области для существования фотосинтезирующих форм жизни и достаточную циркуляцию, чтобы возвращать их остатки обратно. Моделирование показывает, что скорость вращения планеты, плотность ее атмосферы и наличие континентов, обусловливают эффективный апвеллинг, а следовательно, и биоразнообразия.
Чужой, Супермен и гигантские осьминоги - кого мы можем найти?
В научной фантастике инопланетян и вообще внеземную жизнь часто изображают подобно нашей, что неудивительно - других форм мы пока не видели. Такая отрасль как альтернативная биохимия предполагает, не углеродные формы жизни, например, кремниевые, вполне возможны, хотя и требуют совершенно других условий. Но пока НАСА говорит нам, что живыми существами можно называть тех, что являются автономными химическими системами, способными к дарвиновской эволюции, мы можем перестать представлять зеленых людей-великанов и значительно все упростить.
На самом деле, выбор возможной внеземной жизни и без кремниевых форм достаточно широк. Начать хотя бы с вирусов. Их так много на Земле, если вирусы выстроить в одну линию, она протянулась бы на 100 000 000 световых лет. Так, фактически вирусы не являются самовоспроизводящими формами и им обязательно нужна живая клетка, но они могли бы стать косвенным доказательством существования клеточной жизни.
Превосходными кандидатами на возможных жителей космоса является экстремофилы - выносливые жители Земли, способны выдержать почти любые условия. Соленые озера без кислорода на дне морей и океанов? Приглашайте галофилы. Кипящие гейзерные воды? Йеллоустонские термофилы даже раскрасят их в цвета радуги. Сверхвысокие дозы радиации? Deinococcus radiodurans живут в радоновых источниках и на поверхностях атомных реакторов.
Недавние исследования показали, что, теоретически, могут существовать микроорганизмы, которые находятся в верхних слоях атмосферы Венеры, в облаках серной кислоты, а биологи из MIT заставили кишечную палочку и дрожжи размножиться в водородной среде.
