Как распознать признаки жизни

Результаты исследований, проведенных в Университете штата Вашингтон на базе Виртуальной планетной лаборатории, помогут астрономам точнее определить (и, таким образом, исключить из дальнейшего рассмотрения) спектральные сигнатуры, считавшиеся ранее признаками внеземной жизни, но на самом деле не являющиеся таковыми. Статья об этом опубликована в Astrophysical Journal Letters 26 февраля текущего года. Исследования финансировались Институтом астробиологии NASA. Ученые с нетерпением ожидают начала работы новых мощных астрономических инструментов — в первую очередь космической обсерватории James Webb Space Telescope (JWST). Они существенно расширят наши возможности в поисках жизни на планетах иных звезд, главным свидетельством которой должны стать спектры атмосфер экзопланет, содержащие биосигнатуры — линии поглощения газов, связанных с жизнедеятельностью примитивных микроорганизмов или более сложных живых существ. Эти линии возникают при прохождении света родительской звезды через газовую оболочку ее спутника, когда он находится между звездой и наблюдателем. Такая методика в астрономии получила название «транзитная спектроскопия».

Новое исследование ученых вашингтонской Виртуальной планетной лаборатории поможет астрономам надежнее определять объекты, на которых возможно наличие жизни, не обращая внимания на «ложные биосигнатуры». На рисунке изображены «супер-Земли» Kepler 62f и Kepler 62е в сравнении с нашей планетой. Они обращаются в зоне обитаемости вокруг меньшей (по сравнению с Солнцем) и более холодной звезды, расположенной на расстоянии примерно 1200 световых лет в созвездии Лиры.

По словам ведущего автора публикации Эдварда Швитермана (Edward Schwieterman), корректная интерпретация подобных открытий имеет огромное значение для человечества, поэтому необходимо убедиться в том, что найденные биосигнатуры являются однозначным доказательством наличия жизни на исследуемом объекте. Достаточно быстро выяснилось, что в спектрах экзопланет действительно содержится немало «ложных признаков», и первым из них оказался такой неотделимый от понятия «жизнь» элемент, как кислород.

На Земле кислород образуется почти исключительно в процессе фотосинтеза — преобразования энергии солнечных лучей водорослями и растениями в химическую энергию окислительно-восстановительных реакций, обеспечивающих жизнедеятельность практически всей биосферы Земли. Однако сотрудники Виртуальной планетной лаборатории обнаружили, что на некоторых планетах он может возникать абиотически, т.е. без участия живых существ. Чаще всего это происходит на спутниках маломассивных звезд, более тусклых по сравнению с Солнцем и наиболее распространенных во Вселенной. Одним из механизмов появления кислорода, рассмотренных учеными, является фотолиз молекул углекислого газа CO2 (расщепление их под действием ультрафиолетового излучения звезды), при котором высвобождается некоторое количество атомарного кислорода, позже превращающегося в «обычные» двухатомные молекулы.

Подтверждение того, что именно «кислородная биосигнатура» не может уверенно свидетельствовать о возможном существовании жизни, были получены в ходе компьютерного моделирования. Однако оно же выявило возможную «подсказку», в каких случаях кислород может иметь абиогенное происхождение: в таких спектрах должны также присутствовать линии моноксида углерода (угарного газа) — еще одного продукта диссоциации CO2. Сложность заключается в том, что угарный газ сам по себе является одним из наиболее часто встречающихся соединений. С другой стороны, без внешнего облучения он не может длительное время «сосуществовать» с кислородом, быстро окисляясь до углекислоты.

Так же осторожно следует относиться к обнаружению кислородных линий в спектре атмосферы планеты, одновременно демонстрирующем большие количества водорода (значительно превышающее аналогичный показатель для Земли): это может говорить об аналогичных процессах фотодиссоциации водяного пара. В данном случае указанием на абиогенную природу будет еще и наличие короткоживущих четырехатомных молекул O4, обладающих собственной уникальной спектральной сигнатурой. Она уже несколько раз наблюдалась при исследованиях методом транзитной спектроскопии; поступали также сообщения о том, что эти молекулы удалось даже «увидеть» в отраженном свете. По мнению Швитермана, детектирование больших количеств O4 позволяет сделать вывод, что в такой атмосфере имеется слишком много кислорода, чтобы допускать его биологическое происхождение. Используя упомянутые стратегии при исследованиях газовых оболочек экзопланет, можно быстро вычислить наиболее перспективные цели с истинными кислородными биосигнатурами.

Другая сотрудница Виртуальной планетной лаборатории — профессор астрономии Виктория Мидоуз (Victoria Meadows) — отмечает, что умение правильно интерпретировать спектральные признаки на данном этапе становится очень важным, поскольку «биосигнатуры-самозванцы» могут быть весьма распространенными среди планет, обращающихся вокруг маломассивных звезд, и человечество рискует потратить слишком много времени и усилий на поиски жизни там, где ее на самом деле не существует, упуская из виду действительно перспективные в этом плане объекты.