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

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.

Таково положение дел на сегодня: четкого ответа у нас нет. Нам придется тщательно изучать атмосферы экзопланет, прежде чем мы поймем, как на них может повлиять присутствие жизни. Каковы последствия небиологических процессов: вулканизма, фотохимии, поверхностных реакций и т. п.? Я не решаюсь называть эти процессы «обычной химией», поскольку, вполне возможно, они будут преобладать на большинстве планет, которые мы будем изучать. Ранее мы не раз убеждались, что главная задача астробиолога — рассмотреть химические свойства инопланетных атмосфер и найти явления, которые не отвечают правилам. Какие данные нельзя объяснить законами физической химии? Указывают ли результаты на странные, но явно небиологические реакции, которые мы раньше не принимали во внимание? Или мы наконец обнаружили признаки живой атмосферы?

На наше счастье, экзопланеты остаются в центре внимания как астрономов, так и астробиологов, и поэтому нет недостатка в новых интересных идеях по их изучению. Хоть, вероятно, ни одной миссии не удастся добиться такого же потрясающего эффекта, как миссии «Кеплера», но впереди нас ждет еще много интересного.

Одна из самых многообещающих из планируемых миссий — PLATO [17], которая по праву станет наследницей «Кеплера». На этом искусственном спутнике Земли установят 32 камеры, каждая из которых будет направлена на свой участок неба. В то время как «Кепелер» обозревал одно поле зрения размером 105 квадратных градусов, PLATO будет обозревать два, охватывающие в сумме 4500 квадратных градусов, или 10 % неба. Перед миссией поставлена цель — используя тот же транзитный метод, который применялся «Кеплером», обнаружить до 20 землеподобных планет, обращающихся вокруг солнцеподобных звезд. Хотя это не такое уж астрономическое количество, не стоит забывать, что пока нам не известно ни одной действительно землеподобной планеты, вращающейся вокруг солнцеподобной звезды. Кроме этих желанных экзопланет PLATO должна обнаружить в 40 раз больше планет, чем «Кеплер». Только задумайтесь: больше 100 000 планет! Что очень важно, PLATO — уже профинансированная миссия ЕКА с бюджетом полмиллиона евро. Планируется, что запуск состоится не позднее 2024 г. и телескоп проработает на орбите не менее 6 лет. Хотя, чтобы насладиться видами экзопланет, нам придется подождать до 2030 г., но я уверен, что оно того стоит.

Не можете ждать так долго? Может, в таком случае вас заинтересует TESS [18]? TESS будет проводить обзор всего неба с целью обнаружения транзитных экзопланет около 500 000 самых ярких звезд. Очевидно, он будет делать это не за один заход, а потратит по 27 дней на каждый участок неба, направляя на него свои камеры. Ожидается, что TESS обнаружит до 3000 экзопланет размерами до земного, обращающихся вокруг звезд класса М. Хотя это не такое значительное количество, как 100 000, которых ждут от PLATO, TESS будет рассматривать все транзитные планеты с коротким периодом обращения вокруг всех ярких звезд на небе. Не забудьте, что эти ближайшие к нам яркие звезды и их планеты — идеальные объекты для транзитной спектроскопии. И снова подчеркну: миссия TESS уже получила финансирование — на этот раз общая сумма составила $200 млн — и вполне сможет удовлетворить ваше желание немедленно заполучить десяток-другой недавно открытых экзопланет.

Осталось еще до обидного много удивительных идей относительно возможных способов обнаружения экзопланет, но, к сожалению, у меня нет места, чтобы их тут описать. Мы предприняли первые шаги к созданию наземных телескопов с зеркалами диаметром 30 м и более. Космические телескопы позволяют на протяжении длительного времени поддерживать стабильные условия наблюдения, но их размеры ограничены грузоподъемностью ракеты-носителя. Наземные телескопы достигают поистине огромных размеров — современные гиганты обладают зеркалами диаметром до 10 м — и обеспечивают великолепные наблюдательные возможности и светосилу. Это ключевой фактор в дальнейшем совершенствовании транзитного метода, и 30-метровый наземный телескоп будет в каких-то аспектах даже превосходить космический телескоп имени Джеймса Уэбба с диаметром зеркала 6,5 м, который придет на смену «Хабблу».