Ещё три десятилетия назад само существование планет у других звёзд оставалось гипотезой, а сегодня астрономы каталогизировали тысячи экзопланет — от горячих юпитеров до каменных миров в обитаемых зонах. Но главное открытие впереди: обнаружение следов внеземной биосферы. И ключ к этому — анализ атмосферных биомаркеров, химических следов, которые могут указывать на активность жизни. Среди наиболее перспективных: кислород (O₂), метан (CH₄) и озон (O₃).
Почему атмосферы — главный источник улик
На поверхности далёкого мира мы, вероятно, никогда не увидим ни рек, ни лесов. Но атмосфера, взаимодействуя со светом своей звезды, оставляет в этом свете химический «штрих-код» — спектр. По нему можно определить состав газа, температуру, толщину облаков и даже химические дисбалансы, которые не объяснить простой геологией. Именно такие дисбалансы и являются целью астрономов.
Три ключевых биомаркера
1. Кислород (O₂) — дыхание мирного фотосинтеза
На Земле кислород — побочный продукт фотосинтеза. Его концентрация в атмосфере слишком велика, чтобы быть чисто геологической. Поэтому обилие O₂ на экзопланете — сильный, но не абсолютный аргумент в пользу биологии.
Но есть нюанс: вулканизм, фотолиз воды и другие процессы могут создать ложные срабатывания. Поэтому кислород рассматривают не в одиночку, а в связке с другими газами.
2. Метан (CH₄) — газ жизни и геологии
Метан на Земле в значительной степени биологического происхождения: болота, микроорганизмы, коровы, ископаемое топливо. Но его легко уничтожают ультрафиолет и окислители. Значит:
Если на планете постоянно присутствует метан — его что-то активно восполняет.
CH₄ также может иметь вулканическое происхождение, поэтому как биомаркер он требует контекста.
3. Озон (O₃) — спутник кислорода
Озон сам по себе не биомаркер, но надежный индикатор кислородной атмосферы. Он образуется из O₂ под действием ультрафиолета и даёт мощную и отчётливую спектральную линию. Особенно важен в случаях, когда кислород в атмосфере слишком разрежен, чтобы его увидеть напрямую.
Священный Грааль астробиологии: сочетание O₂ + CH₄
Главный признак потенциальной биосферы — химический дисбаланс, то есть газы, которые не могут сосуществовать долго без постоянного восполнения. На Земле метан быстро окисляется кислородом, поэтому их одновременное обилие — результат непрерывной биологической активности.
Если астрономы увидят в атмосфере экзопланеты смесь O₂ и CH₄ — это будет лучшим кандидатом на жизнь.
Как мы ищем биомаркеры сегодня
Сегодня астрономы используют несколько методов для поиска биомаркеров в атмосферах экзопланет.
- Транзитная спектроскопия анализирует свет звезды, проходящий через атмосферу планеты во время её транзита, и является основным методом, применяемым, например, на телескопах JWST и Hubble, а также планируемым для будущих обсерваторий.
- Эмиссионная спектроскопия изучает тепловое излучение самой планеты и особенно эффективна для горячих экзопланет, находящихся близко к своей звезде.
- Наконец, метод отражённого света позволяет исследовать спектр атмосферы по свету, отражённому от поверхности или облаков планеты, и в перспективе будет ключевым для изучения землеподобных миров.
Флагманом в этой области является JWST, а в будущем охоту на биомаркеры продолжат LUVOIR, Habitable Worlds Observatory и гигантские наземные телескопы нового поколения.
Вывод: мы близки как никогда
Идея о том, что жизнь может быть не уникальна, из области философии переходит в область наблюдаемой науки. Первое открытие биомаркеров в атмосфере землеподобной экзопланеты станет моментом, сравнимым с открытием гелиоцентрической системы. Тогда вопрос «одни ли мы?» сменится на новый, гораздо более волнующий: «сколько их?»