Поиск жизни на экзопланетах

Астрофизик Дидье Кело рассказывает, как ищут жизнь за пределами Солнечной системы

Одна из причин поисков экзопланет — стремление понять специфику и уникальность Солнечной системы. Но еще важнее понять, как на Земле стало возможным зарождение жизни. Жизнь — удивительное свойство Земли: у нас нет свидетельств ее существования на других планетах Солнечной системы. Возможно, мы найдем что-то на Марсе или Энцеладе и Титане — кто знает? Но мы не можем быть уверены, что жизнь на других планетах Солнечной системы, если мы ее найдем, будет той же формой жизни, что и земная. Мы получаем метеориты с Марса, а Земля отправляет что-то на Марс, так что в Солнечной системе все немного меняется, движется. Возникает вопрос: как зародилась жизнь на Земле и что для этого нужно?

Существуют свидетельства того, что жизнь зародилась очень рано — вероятно, спустя всего миллиард лет после образования Земли. Это потрясающее знание, поскольку сейчас нам примерно 4,6 миллиарда лет, мы почти ровесники Солнца и Земли. Но что же с другими планетами? Я думаю, это один из фундаментальных вопросов, заставляющих нас искать экзопланеты. Важно не только изучить разнообразие планет и процесс их формирования, но и постараться найти жизнь в других звездных системах. Универсальна ли жизнь? Может ли она быть устроена иначе, чем земная?

Основу земной жизни составляют 20 аминокислот, хотя на самом деле их существует огромное множество. Но почему именно они необходимы, чтобы создать жизнь? Есть ли где-то структура, похожая на ДНК? Насколько вероятно, что жизнь зародится — не только на Земле, но и в целом? Что для этого нужно, какие компоненты? Какова химия этого процесса? Нужна ли нам вода? Вероятно, да. Нужна ли приятная температура? Полагаю, что и она необходима, но этого недостаточно. Нужен ли спутник? А нужен ли Юпитер? Для Земли он выступает своего рода щитом, притягивая множество метеоритов и предотвращая их столкновение с планетой. Существует теория, согласно которой примерно через миллион лет после формирования Солнечной системы произошли драматические события, изменившие всю ее структуру и высвободившие множество метеоритов, которые могли бы уничтожить жизнь, как метеорит, по-видимому, уничтожил динозавров.

У других звезд есть множество самых разных небесных тел с разными температурами, составом, атмосферой, и мы можем их сравнивать, анализировать: если существует планета, которая выглядит как Земля, значит ли это, что на ней есть жизнь? Или нужно еще что-то, например луна? Продолжается поиск ответов на эти вопросы, хотя это непросто.

Другие звезды расположены очень далеко, так что мы не можем просто полететь к ним: мы пока с трудом путешествуем по Солнечной системе и в основном изучаем ее при помощи зондов. Благодаря этому у нас есть отличные фотографии нашей системы, в том числе Плутона и его окрестностей. Но в сравнении с межзвездными перелетами это ничто. Чтобы достичь окраин Солнечной системы, свету нужно несколько часов, но ему нужно несколько лет, чтобы достичь ближайших звезд. Самая близкая к нам система — A и B Центавра с еще одной, меньшей звездой — знаменитой Проксимой Центавра. Они принадлежат к тройной системе и обращаются друг вокруг друга. Около Проксимы Центавра недавно была обнаружена планета. Это прекрасно, просто фантастически, но это невероятно далеко! Как понять, есть ли там жизнь? В астрономии есть несколько способов это сделать.

Даже нашу Землю можно изучать, не высаживаясь на нее. Например, спутники нашей планеты используются для составления прогнозов погоды и для многих других целей, например для задач агрикультуры и навигации. Просто наблюдая за небесным телом, детально изучая цвета, мы можем многое понять. Информацию о планетах можно получить по их спектру, поэтому астрономы много наблюдают за атмосферой небесных тел. Это, несомненно, трудно, но легче, чем лететь к ним. Атмосферы некоторых планет изучать легко, некоторых — сложнее. Например, изучать атмосферу Земли было бы сложно (размер Земли составляет 5000 километров, а земная атмосфера — всего 50 километров), но не невозможно и уж точно более реально, чем лететь на другую планету.

Давайте представим себе, что мы изучаем атмосферу какой-то экзопланеты. На что нужно смотреть? Во-первых, на наличие атмосферы вообще, так как она нужна для зарождения жизни. Жизнь может влиять на состав атмосферы, что, например, и произошло с земной атмосферой. Без жизни не было бы кислорода, так что, возможно, стоит искать что-то вроде кислорода или сам кислород: это подскажет нам, что нечто изменило атмосферу планеты. Такие идеи очень нужны в астрономии.

Рекомендуем по этой теме:

7 фактов о поисках жизни во Вселенной

Мы можем узнать больше, изучив редкие элементы. Весь вопрос в деталях: насколько обширную информацию мы получаем? Сперва мы смотрим на простые показатели, а дальше расширяем свои знания, тренируемся и получаем больше подробностей. Можно поговорить с химиками и спросить: «А не могли бы вы воспроизвести у себя в лаборатории атмосферу? А не могли бы вы воспроизвести у себя в лаборатории жизнь?» Сейчас эти вопросы кажутся глупыми, но есть шанс, что в лабораториях люди начнут играться с молекулами, чтобы однажды воспроизвести жизнь, а затем попробуют поменять их состав, чтобы сказать: «Ага, если у меня есть такая форма жизни, я бы ждал вот это и это». А затем, наблюдая и сопоставляя информацию, мы понемногу начнем понимать, чего стоит ожидать от жизни. Это никогда не будет вопрос с однозначным ответом. Скорее нам скажут: «Мы собрали достаточную доказательную базу, шансы составляют около 60%». Через какое-то время уверенность повысится, потому что у вас появится больше деталей и более надежное знание, и мы скажем: «Теперь, когда мы знаем больше, чем раньше, шансы найти здесь жизнь выше». Мы надеемся, что примерно так все и случится.

Чтобы этот сценарий реализовался, нужно несколько очень важных элементов. Прежде всего, нужна планета, на которой, как нам кажется, может существовать жизнь. Какой должна быть эта планета? Не слишком большой. В противном случае на ней не может быть жизни, ведь если на ней очень много газа, водорода, находиться на ней нельзя. Таким образом, нам нужно иметь возможность устроиться на ее поверхности. Еще мы полагаем, что нужна вода, так что это должна быть каменная планета с водой — с океанами или, наоборот, с небольшим количеством воды. Но и вода, и камень необходимы.

Кроме того, планета должна располагаться на правильном расстоянии от звезды. Это правильное расстояние пытались высчитать много раз. Представим себе, что мы находимся Земле и меняем ее орбиту — перемещаемся ближе к Венере. Что произойдет? Температура на Земле вырастет, а после определенной точки она повысится настолько, что выделится слишком много газа и случится сильный парниковый эффект, а также экстремальное глобальное потепление. Все, что у нас есть, сгорит, а Земля станет очень похожа на Венеру. Так что близко к звезде экзопланета с жизнью располагаться не может. Если же Земля отодвинется дальше, то какое-то время все будет неплохо, но вскоре станет слишком холодно — все замерзнет, не будет океанов. Считается, что без жидкой воды образование жизни почти невозможно. Следовательно, для звезды вроде Солнца есть определенная область оптимальных температур, она лежит между Венерой и Марсом.

Существуют разные типы звезд: некоторые из них намного меньше Солнца, а когда звезда меньше, она намного холоднее. На поверхности Солнца температура составляет около 5700 градусов. Если мы возьмем меньшие звезды — они называются звезды класса М, — мы получим 4000, 3000 или даже 2500 градусов (это самая холодная звезда, которая только возможна). И так как эти звезды холоднее, мы можем подобраться к ним ближе, чтобы оказаться в нужной зоне. И это самое интересное, поскольку период обращения планеты не должен составлять год. Он может составлять пять дней, десять, двадцать. Так получилось с планетой, найденной около Проксимы Центавра: ее период обращения составляет одиннадцать дней.

Если мы сделаем все расчеты, то окажется, что в определенной зоне температура будет подходящая. Этот концепт называется «зона обитаемости». Для каждой звезды можно определить, где будет правильное место для жизни, и тогда возможно оптимизировать поиски. Мы можем сказать: «Так, если мы найдем планету вроде Земли близко от звезды и звезда маленькая, стоит начать искать жизнь: это хорошее место. А если звезда ярче, то нам следует искать жизнь подальше».

Таким образом, есть огромный спектр разных звезд и планет. Нужно учитывать, что планета должна быть каменной — а это мы можем понять из ее размера. Малые планеты — на треть больше Земли — должны подходить, как и планеты примерно в 3–4 раза больше. Также подойдет и планета поменьше, как Марс. Но если планета очень маленькая, она не сможет удержать атмосферу, поскольку ее гравитации для этого недостаточно. Таким образом, в пределах половины Земли и двух-трех ее размеров масса будет оптимальна, и нужно верное расстояние, которое зависит от звезды.

В настоящее время мы ищем и находим такие планеты. Совсем скоро мы начнем изучать их атмосферы и, возможно, получим первые указания на наличие чего-то необычного. Через двадцать или пятьдесят лет парадигма станет совсем другой, поскольку у людей будут данные об атмосферах некоторых из этих планет, и они наконец смогут сказать, насколько вероятно, что там может быть жизнь. Такой прогресс потрясает: всего за несколько десятилетий от идеи, что где-то еще, наверное, есть жизнь, мы пришли к возможности указывать на конкретные объекты.

Это перевод материала нашего англоязычного издания Serious Science. Послушать оригинальную версию лекции Дидье Кело можно по ссылке. За перевод благодарим Ирину Линеву.

Источник: postnauka.ru