Поиски внеземной жизни могут продлиться долго

Учитывая то, что в ближайшем будущем люди вряд ли смогут посетить какую-нибудь экзопланету, астрономы обратились к вопросу о том, возможно ли обнаружить доказательства существования жизни — биологических признаков — на расстоянии. По мнению многих, самым убедительным аргументом в пользу существования внеземной жизни может стать обнаружение кислорода и метана в атмосфере одной планеты. Они также уверены, что вероятность обнаружения подобных биологических признаков наиболее высока на планете, подобной Земле, которая вращается вокруг звезды, подобной Солнцу. 

Однако астрономов, которые ищут эти биологические признаки на экзопланетах, возможно, ждет разочарование. Новое исследование показало, что мы не можем с уверенностью подтвердить, что тот или иной биологический признак является продуктом внеземной жизни. Как выяснилось, проблема заключается в том, что атмосфера экзолуны будет неотличима от атмосферы планеты, вокруг которой она вращается.

В поисках внеземной жизни

Поиски внеземной жизни — это довольно трудная задача. Для начала астрономам необходимо найти звезду, вокруг которой вращаются другие планеты. Затем они должны убедиться, что, по крайней мере, одна планета вращается в пределах ее так называемой обитаемой зоны, то есть в той зоне вокруг звезды, где может присутствовать вода. Наконец, им необходимо записать тот слабый свет, который излучает звезда и который затем отражается от этой экзопланеты, пройдя сквозь ее атмосферу.

Если сравнить этот слабый свет — даже если это всего лишь несколько фотонов — со светом, излучаемым материнской звездой, этого будет достаточно, чтобы получить некоторые данные о химическом составе атмосферы этой экзопланеты. Жизнь в том виде, в котором мы ее знаем, продуцирует два газа, которые не могут естественным образом присутствовать в атмосфере одновременно: это кислород, образующийся в процессе фотосинтеза, и метан, который производят микробы.

И кислород, и метан могут образоваться независимо друг от друга в результате процессов в неживой природе, поэтому если один из них присутствует в атмосфере планеты, это не представляет никакого интереса для науки. Ученые стремятся найти такую планету, в атмосфере которой одновременно присутствуют оба эти газа. Если эти газы не вырабатываются живыми организмами постоянно, они вступают в реакцию друг с другом, в результате чего образуется углекислый газ и вода. Таким образом, мы не сможем обнаружить сразу и кислород, и метан в атмосфере планеты, на которой нет жизни.

Ложные надежды

В рамках своего нового исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, Ханно Рейн (Hanno Rein) из университета Торонто и его коллеги попытались выяснить, может ли что-либо еще имитировать эти биологические признаки. Изучая ложноположительные сигналы, то есть сигналы, которые свидетельствуют о наличии жизни там, где ее на самом деле нет, он обнаружил один мощный фактор, приводящий к появлению ложноположительных результатов — экзолуны. Рейн обнаружил, что наблюдатели на Земле не смогут точно определить, исходят ли сигналы присутствия кислорода и метана от одного небесного тела или от двух соседних миров. 

Подобно Земле, вокруг которой вращается Луна, экзопланеты тоже могут иметь свои экзолуны. Хотя нам пока только предстоит найти экзолуны, наблюдения за различными лунами, вращающимися вокруг планет нашей солнечной системы, свидетельствуют о том, что экзолун должно быть множество. Но, несмотря на то, что их, возможно, много, найти их, вероятнее всего, будет достаточно трудно.

Если эти два небесных тела имеют атмосферу и в атмосфере экзопланеты присутствует кислород, а в атмосфере экзолуны — метан (или наоборот), наблюдатель на Земле получит биологический сигнал о присутствии и кислорода, и метана. Это может показаться свидетельством наличия жизни на экзопланете, в то время как на самом деле эти два газа вырабатываются в результате процессов неживой природы на двух различных небесных телах. Поскольку они не вступают в реакцию друг с другом, они могут накапливаться в атмосфере в больших количествах.

Бесперспективные технологии 

«Даже если мы сможем найти способы обнаружения экзолун, мы не сможем найти границу между их атмосферами, учитывая то, насколько мало света до нас доходит», — объяснил Рейн. Фундаментальное ограничение на то количество света, которое нас достигает, называется фотошумом.

В своем анализе Рейн исследовал только те биологические сигналы, которые поступали с планет, подобных Земле, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, поскольку, по мнению астрономов, именно такая комбинация имеет наибольшие шансы дать начало жизни. Американское космическое агентство NASA недавно объявило о том, что они нашли планету, очень похожую на Землю, в 500 световых лет от нашей планеты, однако та звезда, вокруг которой она вращается, не похожа на Солнце.

Хотя их анализ может показаться довольно ограничивающим и включает в себя некоторые предположения, это не имеет значения: интерпретация биологических сигналов должна быть безупречной. По словам Дэвида Каллена (David Cullen) из университета Крэнфилда, «это исследование делает акцент на серьезном аспекте, который необходимо будет учитывать при рассмотрении биологических сигналов».

Рейн и сам был удивлен, обнаружив это ограничение. Однако он рассматривает результаты своей работы в положительном свете. «Столкнувшись с этим ограничением, мы должны сконцентрироваться на будущем. Вместо того чтобы рассматривать только подобные Земле планеты, вращающиеся вокруг подобных Солнцу звезд, мы должны расширить наши поиски», — пояснил он.

Результаты его исследования показывают, что мы должны отказаться от чрезвычайно ограниченных поисков внеземной жизни, которые мы ведем сегодня. Рейн указывает на то, что шансы исключить подобные ложноположительные биологические сигналы возрастают в тех случаях, если звезда начинает тускнеть или если мы рассматриваем более крупные планеты. Возможно, внеземная жизнь не только сильно отличается от жизни на Земле, но еще и находится на планете, которая совсем на Землю не похожа.