Джон Уиллис - Все эти миры — ваши. Научные поиски внеземной жизни

Карл Саган был среди тех, кто хорошо понимал, что пролет «Галилео» на близком расстоянии от Земли — уникальная возможность смоделировать сближение межпланетного космического зонда с живой планетой. Что же получилось в результате? «Галилео» сблизился с Землей в декабре 1990 г., а еще три года спустя в научном журнале Nature появилась большая статья, написанная группой ученых под руководством Карла Сагана. Статья была озаглавлена «Поиски жизни на Земле с борта космического аппарата „Галилео“». Так что же обнаружил «Галилео»?

Для начала: поверхностность Земли обладает характерным цветом — бортовой панорамный спектрограф обнаружил, что она сильно поглощает синюю и зеленую части видимого света. Инфракрасная область по соседству с видимой областью практически не затронута. Четкая граница поглощения получила название «красный край». Никакая известная нам горная порода или реголит не могли дать такого эффекта — это спектральный признак биологического пигмента хлорофилла, который выработался в результате многих миллионов лет эволюции. Хлорофилл поглощает синие и зеленые лучи солнечного спектра. Инфракрасные фотоны несут меньше энергии и просто отражаются, чтобы избежать перегрева.

Одним из важнейших наблюдений, выполненных «Галилео», был спектральный анализ нашей атмосферы, выявивший присутствие молекулярного кислорода и озона, а также небольших концентраций крайне редко встречающегося газа — метана. Вулканизм, поверхностная химия и реакции, проходящие в атмосфере под воздействием солнечного света, — все вместе не могут породить столько кислорода и метана, сколько присутствует в земной атмосфере. Такой состав атмосферы выглядит очень необычно, если не знать о существовании на поверхности Земли живых организмов, которые влияют на атмосферу посредством целого ряда биохимических реакций, которые мы называем обменом веществ.

Еще одна странная вещь — Земля постоянно генерирует какие-то электромагнитные колебания в радиодиапазоне. И это не короткие вспышки, связанные с молниевыми разрядами, а причудливая какофония пульсирующих узкополосных радиосигналов. И наконец, вы можете задаться вопросом, получил ли «Галилео» снимки поверхности, на которых были бы видны наши города и следы присутствия человечества. Как выяснилось, на таком близком расстоянии, когда можно было разглядеть мельчайшие детали, «Галилео», пролетавший над Западной Австралией и Антарктидой, не заметил ни одного созданного человеком объекта размером более километра.

Эти четыре составляющих наблюдений «Галилео» — цвет поверхности, химический состав атмосферы, радиоизлучение и искусственные сооружения на поверхности планеты — были названы «критериями существования жизни» Сагана. На мой взгляд, не имеет смысла использовать наблюдения «Галилео» как стандартный метод поиска жизни за пределами Земли, поскольку в таком случае мы будем искать жизнь, в точности похожую на современную земную. Но эксперимент «Галилео» позволяет сделать более универсальные выводы, с которыми мы уже сталкивались ранее на Марсе и Титане: биохимические процессы, которые определяют жизнь, и обусловленный ими химический состав атмосферы эволюционируют как единая физическая система. Это тот ключ, которым астробиологи надеются воспользоваться для обнаружения жизни на экзопланетах.

Так что же мешает нам проанализировать спектр какой-нибудь экзопланеты и узнать состав ее атмосферы? Как выяснилось, света для этого вполне хватает. Многие планеты, обращающиеся вокруг видимых невооруженным глазом звезд, достаточно яркие, чтобы их можно было увидеть в наши лучшие телескопы. Газовые гиганты легче заметить, чем меньшие по размеру каменные планеты, поскольку они отражают больше света. Основная проблема связана с яркостью родительской звезды, которая может превышать яркость отраженного планетой света в десятки миллиардов раз. Он затмевает свет экзопланет. Кроме того, существует принципиальное ограничение для всех телескопов, которое не позволяет им получить четкое изображение удаленной звезды. Звезда всегда будет казаться немного размытой, в результате чего экзопланета тонет в ее пятне.

Но когда планета проходит перед диском родительской звезды, ее атмосфера ненадолго подсвечивается. Если атмосфера прозрачна, звездный свет может проходить через нее. И в таком случае какая-то его доля поглощается, но лишь на тех длинах волн, которые соответствуют присутствующим в атмосфере атомам и молекулам. Если в атмосфере есть углекислый газ, водяной пар, кислород, метан и им подобные газы, каждый из них оставит свою линию поглощения в общем спектре проходящего света звезды. Таким образом, транзиты дают нам непродолжительную, хотя и повторяющуюся возможность заглянуть в атмосферу планеты.