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

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.

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.