В поисках жизни используются самые сложные наблюдательные приборы, известные человечеству. Они смотрят сквозь световые годы в поисках доказательств — любых доказательств — того, что где-то там существует другая жизнь. Но что, если, несмотря на все наши усилия, эти наблюдения не обнаружат никаких признаков жизни в нашей галактике Млечный Путь?
Это пугающий вопрос. Что, если мы продолжим создавать всё более чувствительные телескопы для изучения экзопланет и всё равно ничего не найдём? Сколько планет нам нужно изучить, чтобы прийти к выводу, что в космосе нет никого, кроме нас? В настоящее время астрономам известна лишь малая часть миров, около 7000 по последним подсчётам. Группа исследователей под руководством доктора Даниэля Ангерхаузена из ETH Zurich и Института SETI размышляла о том, что мы могли бы узнать о возможностях существования жизни во Вселенной, если будущие поиски окажутся такими же пустыми, как и нынешние. Они решили эти вопросы с помощью байесовского анализа, чтобы включить постоянно меняющуюся информацию для вычисления и обновления вероятностей количества экзопланет, на которых могла бы быть жизнь.
В своей работе ученые предположили, что наблюдаемых планет будет достаточно много, чтобы сделать однозначные выводы о распространённости жизни в нашей Галактике. Однако даже при использовании передовых инструментов при поиске экзопланет необходимо тщательно учитывать неопределённости, неизвестные факторы и предубеждения (например, предположения о некоторых типах миров).
Команда Ангерхаузена установила минимальное количество экзопланет, которые необходимо изучить учёным, чтобы понять, сколько миров может быть обитаемыми. Если учёные изучат от 40 до 80 экзопланет и не обнаружат жизнь ни на одной из них, это будет означать, что менее 10–20% подобных планет могут быть обитаемыми. Экстраполируйте это на Млечный Путь, и обнаружите, что только около 10 миллиардов его планет могут быть обитаемыми. Для нашей части галактики это действительно может быть очень мало.
Проблемы, связанные с исследованием далеких миров
Изучение планет вокруг других звёзд, — непростая задача. Во-первых, их нужно «вычислить» по свету их светил. Затем, когда вы их найдёте, вам нужно будет сделать некоторые предположения об их составе. Являются ли они каменистыми планетами с атмосферой (как Земля)? Являются ли они газовыми гигантами? Планетами из лавы? Ледяными гигантами? Насколько они близки к своей звезде? Есть ли у них спутники? Если у них есть среда, поддерживающая жизнь, то какую именно? И так далее.
Каждый тип мира определяет, может ли там существовать жизнь. Кроме того, у каждого наблюдения есть свои ограничения, и это отражается в данных. Например, наблюдения могут не учитывать определённые атмосферные признаки, указывающие на наличие жизни (или её отсутствие). Ученые могут полностью игнорировать некоторые планеты и считать их непригодными, хотя они могут быть идеальными для жизни. Или они могут вообще не заметить ряд планет из-за ограничений в наблюдениях. Неопределённость пугает.
«Дело не только в том, сколько планет мы наблюдаем, дело в том, чтобы задавать правильные вопросы и быть уверенными в том, что мы видим или не видим то, что ищем, — сказал Ангерхаузен. — Если мы не будем осторожны и слишком уверены в своих способностях определять наличие жизни, даже масштабное исследование может привести к ошибочным результатам».
Избавление от большой неопределенности в поиске жизни
Будущие поиски жизни в других мирах находятся в стадии разработки. Их успех будет зависеть от того, сделают ли ученые правильные предположения о том, где может (и не может) существовать жизнь. Эти предположения, основанные на предварительных знаниях и текущих наблюдениях, должны уменьшить огромное количество неопределенностей относительно пригодных для жизни миров. Например, существует Большой интерферометр для изучения экзопланет (LIFE), разработанный ETH Zurich и планируемый к запуску примерно в следующем десятилетии. Он предназначен для поиска жизни на экзопланетах и в то же время для каталогизации разнообразия миров в рамках наблюдений. Для этого бортовые приборы будут измерять состав атмосфер планет с умеренным климатом земного типа в Галактике. Спектрометр будет сканировать атмосферные газы на наличие следов молекул, связанных с жизнью. Представьте себе: если бы такой зонд изучал атмосферу Земли, он обнаружил бы молекулы кислорода и такие газы, как метан и другие углеводороды, указывающие на наличие жизни.
Чтобы избежать нулевых результатов, поиск LIFE будет основан на байесовской статистике, которую разработали Ангерхаузен и его коллеги. По сути, спектрометр будет изучать атмосферы десятков и десятков планет, похожих на Землю по массе, радиусу и температуре. Цель состоит в том, чтобы найти признаки воды, углеводородов, связанных с жизнью, и другие биологические признаки. Результаты должны «увеличить» количество изучаемых экзопланет, чтобы дать более статистически точные данные о планетах, которые могут (или уже) поддерживать жизнь. В частности, ученые хотят выяснить, сколько их в нашей части Галактики.
У нас всегда будет некоторая неопределенность
В конечном счёте наблюдения LIFE (и другие исследования) помогут ответить на целый ряд новых вопросов о планетах, на которых есть жизнь. На скольких планетах она возможна? Какая часть из них состоит из твёрдых пород и какой процент из них находится в обитаемых зонах? На каких из них есть явные признаки водяного пара, кислорода и метана в атмосфере? Работа, которую команда Ангерхаузена выполняет для расчёта статистических вероятностей, поможет миссии LIFE (и другим подобным миссиям) задавать правильные исследовательские вопросы, когда дело дойдёт до поиска обитаемых миров. Если результатом станет хоть одно положительное обнаружение, то, по словам Ангерхаузена, неопределённость станет реальностью.
«Даже если мы не найдём жизнь, — отметил он, — мы сможем количественно оценить, насколько редкими или распространёнными могут быть планеты с обнаруживаемыми биологическими сигнатурами».
Если будущие исследования, такие как LIFE, не обнаружат признаков жизни на соседних экзопланетах, они все равно откроют окно для понимания того, насколько редки или обычны обитаемые планеты во Вселенной. Тщательно рассматривая неопределенности и задавая точные вопросы, ученые могут создать мощные инструменты для понимания нашего места в космосе. В конечном счете, наука об экзопланетах – это не просто поиск ответов на вопросы об обитаемости и существовании жизни. Речь также идет о том, чтобы задавать правильные вопросы и принимать неопределенность как часть путешествия.