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

Итак, если мы направим самые чувствительные телескопы на самые перспективные из известных нам экзопланет (чьи родительские звезды не слишком ярки и период обращения не слишком долог), чего мы сможем добиться? Сможем ли мы увидеть их атмосферу? Да, сможем: возможности современного спектрального анализа не отстают от нашей способности открывать новые землеподобные миры.

Наше внимание особенно привлекают два мира: HAT-P-11b и GJ1214b. Оба эти мира находятся в диапазоне от Нептуна до сверхземли. Масса HAT-P-11b в 26 раз превышает массу нашей планеты, а радиус — в 4 раза. Масса GJ1214b больше массы Земли в 6 раз, а радиус — чуть меньше, чем в 3. Что интересно, обе экзопланеты имеют ту же плотность, что и Нептун, — примерно 1/3 от плотности Земли, или в полтора раза больше плотности воды. Предположительно, HAT-P-11b — горячий нептуноподобный мир, а GJ1214b представляется нам как теплая, газообразная сверхземля — из-за большой, раздутой атмосферы планета кажется больше, чем на самом деле, и поэтому ее плотность выглядит меньше.

Но что мы можем сказать об их атмосферах? Исследования проводились с использованием камеры для наблюдений в широком диапазоне волн, установленной на «Хаббле», во время транзита каждой из экзопланет перед родительской звездой. Линии поглощения на полученных спектрах получились широкими и нерезкими, и определить состав атмосферы можно только при самых благоприятных условиях. Несмотря на это, можно утверждать, что в спектре присутствуют широкие линии поглощения водного пара. В случае GJ1214b результат одновременно озадачил и раздосадовал ученых: спектр оказался гладким, что может указывать на присутствие плотных облаков, которые практически не пропускают свет родительской звезды.

Пожалуй, так происходит всегда, когда мы пытаемся вырвать у природы ее тайны. Даже беглый взгляд на атмосферы далеких планет требует напряженных усилий на пределе возможностей наших современных телескопов. Каждый отдельный успех — такой как HAT-P-11b или GJ1214b — дает нам лишь маленький кусочек головоломки: как атмосфера зависит от массы, температуры и состава планеты? Где-то среди разрозненных частей этой головоломки может быть спрятана отгадка существования жизни. Но как ее распознать? Как отыскать иголку в стоге сена?

Чтобы понять, сможем ли мы распознать жизнь на экзопланете, вернемся к гипотезе Джеймса Лавлока: атмосфера — это химическая система, которая может участвовать в биохимии инопланетной жизни. Атмосфера может служить пищей, как это происходит с углекислым газом в нашей собственной атмосфере: фотосинтезирующие растения используют его для синтеза глюкозы. Она может служить свалкой для отходов метаболизма, как кислород, производимый теми же растениями, или метан, вырабатываемый археями в пищеварительном тракте жвачных животных. В какой бы форме не существовала поверхностная жизнь, по крайней мере на Земле, она меняет состав атмосферы: что-то забирает из нее, что-то добавляет.

А теперь позвольте мне задать вам один вопрос с подковыркой. Что считать главной молекулой жизни? ДНК? А может, РНК? А как насчет хлорофилла? Или чего-то вроде кислорода или метана? Я уже слышу возмущенные возгласы: зачем ограничиваться какой-то одной молекулой? Это как если бы я спросил, какой из химических элементов больше всего необходим для жизни. Углерод? Кислород? Не существует элемента, который бы однозначно ассоциировался только с жизнью и ни с чем иным.

В связи с этим позвольте мне еще один вопрос: какие молекулы мы должны искать в инопланетной атмосфере, чтобы подтвердить наличие жизни? Если следовать вашим весьма разумным возражениям, то получится, что нет такой молекулы, которую бы стоило искать. Ни одна из известных нам молекул не может служить однозначным биомаркером.

А как же насчет атмосферного кислорода? Разве я не убеждал вас, что наличие атмосферного кислорода является четким биомаркером? Давайте представим, что наша межзвездная экспедиция обнаружит Землю 2.0, землеподобную планету, вращающуюся вокруг похожей на Солнце звезды. Мы можем пойти дальше: допустим, транзитная спектроскопия указывает на наличие в атмосфере большого количества кислорода, скажем, 20 % или около того. Будет это указывать на существование жизни на новой Земле? Думаю, это ключевой вопрос. Конечно, для астробиологии такой результат будет убедительным, но станет ли он совершенно точным? Мне бы не хотелось вас расстраивать, но ответ будет отрицательным: это не будет недвусмысленным указанием на существование жизни. Да, действительно, кислород химически высокоактивное вещество, которое стремится прореагировать практически с любыми другими веществами, с которыми контактирует. Наличие его в атмосфере предполагает существование некого дисбаланса, вследствие которого кислород производится быстрее, чем потребляется. Есть множество небиологических процессов, результатом которых может быть молекулярный кислород, хотя в большинстве рассмотренных нами случаев этот кислород быстро вступает в реакцию с окружающей средой и образует новые химические соединения. И пусть нам не очень хочется рассматривать небиологические возможности, но следует отдавать себе отчет, что в нашем нынешнем состоянии почти полного невежества мы плохо себе представляем все то множество ролей, которое природа может отвести кислороду в атмосферах экзопланет.