Поиски жизни за пределами Солнечной системы

Существует ли другая Земля, другая жизнь во Вселенной? Насколько велика вероятность обнаружения её следов за пределами Солнечной системы? Сергей Попов, астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга расскажет о том, как ведутся поиски жизни на других планетах, какие методы осуществления этой цели применяются современными астрофизиками, а также о том, какие могут существовать формы жизни на других планетах.

Выражаем благодарность Просветительскому проекту МатЧасть за помощь в организации съёмок.

Многие полагают, что Святой Грааль экзопланетной астрономии – это не просто найти планету, похожую на Землю, но и обнаружить на ней жизнь. В действительности, это было бы очень здорово, хотя при этом данный процесс упрётся в большей степени в биологию. Тем не менее цель найти жизнь есть, и, как ни странно, не все считают, что это – самое главное в экзопланетной астрономии.

Совершенно ясно, что полёт к ближайшим планетам невозможен в сколь-нибудь обозримом будущем. Это ни год, ни два, ни десять, ни, скорее всего, сто лет, поэтому жизнь эту приходится искать дистанционно. Искать её с помощью лабораторий можно только в пределах Солнечной системы, но если речь идет о планетах в других планетных системах, то это, конечно же, только дистанционные поиски. Условно они делятся на 2 части: можно искать разумную жизнь, техническую цивилизацию, которая как-то себя проявляет, например, передаёт что-то по радио. Или, может быть, цивилизацию не техническую, в которой по какой-то причине местные фермеры любят выстригать ножницами или косами на полях гигантские слова или проводить выпас коз так, чтобы они писали какие-то видимые из космоса слова. Соответственно, можно искать жизнь разумную – это отдельное направление, что является, так называемой, проблемой SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence).

Но можно также искать любую жизнь, поскольку жизнь, когда она становится биосферой, начинает влиять на планету и, в первую очередь, на её атмосферу. Естественно, есть и другие сферы влияния: различные виды выветривания, связанные с жизнедеятельностью животных и микроорганизмов, но их крайне трудно увидеть. То, что на данный момент нам под силу – так это возможность изучать атмосферный состав других планет.

Так что же мы умеем сейчас? Современные телескопы и оборудование, которыми они оснащены, позволяют изучать атмосферы планет-гигантов. Это делают с самого начала 21 века. Такие планеты как горячие Юпитеры, то есть планеты размером с Юпитер, находящиеся близко от своей звезды – очень легкая цель и существует много результатов по изучению состава этих планет. Естественно, это имеет косвенное отношение к поискам жизни, так как это позволяет нарабатывать методику, оборудование и т.д. Можно напрямую наблюдать планеты-гиганты, даже если они не находятся рядом со звездой. Ярким примером является система HR8799, где на фотографиях видны 4 гигантские планеты, и за несколько лет наблюдений видно, как они вращаются вокруг своей звезды.

Анимация показывает схему орбит планет системы HR 8799 (период обращения самой дальней планеты равен 465 годам). Иллюстрация LNL&Q. M. Konopacky.

Анимация показывает схему орбит планет системы HR 8799 (период обращения самой дальней планеты равен 465 годам). Иллюстрация LNL&Q. M. Konopacky.

Впрочем, это также не имеет никакого отношения к поискам жизни, поэтому стоит двигаться в сторону более легких планет. Более легкие планеты видны или за счет того, что звезда освещает их, или за счет того, что она просвечивает атмосферу планет. Соответственно, нам проще изучать атмосферу планеты, если она находится рядом со своей звездой. Это интересно для астрофизики, но плохо для поисков жизни, потому что около звезды слишком жарко – это вне зоны обитаемости. Тем не менее сейчас поставлен рекорд изучения планеты, которая всего лишь в 1,5 раза тяжелее Земли, то есть в некоем смысле это уже землеподобная планета, но она находится в тех условиях, где наблюдать легко, а жить трудно. Поэтому на сентябрь 2017 года и, скорее всего, на сентябрь 2018 года у нас нет хороших инструментов для изучения атмосферы идеального двойника Земли, то есть, чтобы планета была такая как Земля, возле звезды как Солнце, находящаяся на расстоянии 130 000 000 километров от звезды.

Однако такая задача не является запредельно сложной, и, по всей видимости, может, не в следующем поколении, а через поколение телескопов есть возможность действительно подобраться к чувствительности, позволяющей изучать атмосферы планет-двойников Земли. В следующем поколении телескопов, которые будут появляться в 20-е годы 21 века, а также с помощью следующего космического телескопа Джеймса Уэбба, который должен быть запущен в 2018 году, станет возможным изучать атмосферы землеподобных планет в зонах обитаемости, но около Красных карликов. То есть не таких звёзд, как Солнце, а Красных карликов.

Например, существует такая известная система как TRAPPIST-1, где открыто уже 7 землеподобных планет, пара из которых находится в зоне обитаемости. Всё это происходит очень близко от звезды, потому что звезда представляет собой карлика.

Если планеты проходят прямо по диску звезды с нашей точки зрения, то есть происходит транзит планет, то звезда просвечивает атмосферу, что облегчает изучение её состава. И, по всей видимости, в 20-е годы мы получим возможность изучать атмосферы таких планет.

Что же мы будем искать? Конечно же, в идеале хочется найти хоть чуть-чуть разумную жизнь, поэтому необходимо нацелиться на поиск каких-то веществ или их следов, связанных с разумной жизнедеятельностью. Например, можно представить спектр линий, связанных с шашлыком или с кетчупом, что будет совершенно точно значить, что из места, откуда он идет, имеется разумная жизнь, подобная нашей. В этом случае можно даже какую-нибудь маркетинговую программу развивать. Однако так не получится, поскольку присутствие веществ, которые вот так прямо генерируются антропогенно в атмосфере невелико – нужно усиленно загрязнить атмосферу планеты, чтобы увидеть присутствие этих линий. Именно поэтому на данный момент ведётся поиск так называемых биомаркеров, которые связываются с жизнью земного типа.

Возникает резонный вопрос: почему именно жизнь земного типа? Здесь имеются 2,5 ответа. Во-первых, земная жизнь хорошо известна. Известна вся земная биохимия, поэтому известно, что является маркерами нашего типа жизни. Известно, что необходимо искать.

Поиски жизни земного типа планируются попросту потому, что известно, что искать. Есть много веществ, которые, с одной стороны, достаточно обильны в атмосферах обитаемых планет, коих мы знаем в количестве одна штука, и при этом они действительно связаны с жизнью. Это 6 веществ:

· Кислород;

· Озон;

· Вода;

· Углекислый газ;

· Закись азота;

· Метан.

Если вдруг мы видим в значимых количествах все 6 веществ, то это шикарный признак того, что это – обитаемая планета, и более того, на ней есть жизнь земного типа. Предположительно, ждать находки всех 6-ти придется долго, это явно не 20-е годы, но даже обнаружение кислорода (а, скорее всего, именно его проще обнаружить) будет крайне важным. И если к нему прибавится метан и мы будем знать, что это маленькая каменная планета в зоне обитаемости, то это будет очень серьёзным аргументом в пользу существования жизни в обозримом будущем.

Почему не ищут жизнь другого типа? Первый ответ – неизвестно, что искать. Второй ответ состоит в том, что жизнь земного типа должна быть распространенной. В широком смысле, это жизнь, основанная на углероде, воде и кислороде. Есть идеи о том, на что можно заменить углерод, а то и кислород с водой, но и углерод, и кислород, и вода – это очень распространённые вещества. Кислород, фактически 3-й по содержанию элемент во Вселенной, а водород – первый, поэтому вода является одной из самых распространенных молекул, то есть более распространенным является только молекулярный водород – H2. Гелий особо ни с чем молекулу не образует и, соответственно, вода – одно из самых распространенных веществ. Кроме того, сама биохимия, построенная на этих элементах, должна хорошо работать в силу свойств этих молекул.

Допустим, воду можно заменить на метан, что вполне реально при низких температурах. Например, на Титане, спутнике Сатурна, имеются метановые озера, и можно допустить наличие жизни, основанной на метане вместо воды.

Однако там холодно, а при холоде все химические реакции проходят медленнее – это хорошо известный факт: сыр кладется в холодильник, потому что там химические реакции элементарно протекают медленнее. Поэтому, даже если альтернативная жизнь возможна и она связанна с низкими температурами, ей попросту может не хватить времени на появление. Прежде чем возникла наша земная жизнь, прошли сотни миллионов лет. Соответственно, вне холодильника срок хранения 24 часа, а в холодильнике – 2 недели. Если отличие по времени в 14 раз, и тут прошел миллиард лет, то здесь потребуется уже 14 миллиардов, а 14 миллиардов Вселенная ещё не прожила.

Поэтому аналоги земной жизни ищутся по 2,5 причинам: известность, что искать в случае земной жизни и неизвестность, что искать в случае альтернативной жизни, распространенность элементов, обеспечивающих земную жизнь, и их преимущества с точки зрения химии и биологии. Всё это говорит о том, что если жизнь во Вселенной является сколь-нибудь распространенным явлением, то большая часть будет похожа на земную в том смысле, что это будет жизнь, основанная на углероде, воде и кислороде, а не на каких-то других веществах.

#НаукаPRO #наука #научпоп #астрономия #астрофизика #космос #вселенная#поискжизни #СергейПопов #ЯндексДзен

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *