Оригинал материала
Где искать жизнь?
Энтузиазм ученых, занятых поисками внеземной жизни, испытывает закономерные взлеты и падения. Многочисленные открытия экзопланет земного типа, совершенные совсем недавно, многим вскружили головы. Речь заходит уже и об исследовании атмосфер, изучении их состава. В ближайшие годы ожидается появление новых поколений супертелескопов наземного и космического базирования, призванных найти все потенциально обитаемые планеты в радиусе сотни световых лет. Однако не всё так просто…
Астрофизики, выступавшие на конференции «охотников за экзопланетами» Habitable Worlds, которая проходила с 13 по 17 ноября в Ларами (США, штат Вайоминг), с гораздо большим пессимизмом, чем прежде, отнеслись к перспективам поиска внеземной жизни. Если раньше планетами, однозначно перспективными с точки зрения появления живых существ, считались те, что находятся в так называемой зоне обитаемости (на таком расстоянии от своей родительской звезды, где вода может оставаться в жидком виде в открытых водоемах), а маркеры в виде наличия воды и кислорода в атмосфере должны были однозначно свидетельствовать в пользу наличия там хотя бы примитивных микроорганизмов, то теперь специалисты заявляют, что те же кислород и метан могут, в принципе, иметь и чисто геологическое происхождение, ну а планеты, полностью покрытые океаном, наоборот, рискуют оказаться совершенно безжизненными. Обзоры работ на эту тему публикуют журналы Nature [1] и New Scientist [2].
Так, Стив Дэш (Steve Desch), астрофизик из Университета штата Аризона в Темпе, полон пессимизма в отношении того, что близящийся запуск космического инфракрасного телескопа NASA «Джеймс Вебб» поможет нам выявить атмосферу земного типа и признаки жизни. «Планеты могут быть в принципе пригодными для жизни, но при этом оставаться безжизненными», — считает Дэш.
Более того, водный мир может оказаться одним из худших мест для поиска живых существ. В одном из исследований, представленных на встрече, показано, что планета, покрытая океанами, может быть крайне небогата фосфором — т. е. элементом, без которого земная жизнь не могла бы процветать (он необходим для синтеза молекул ДНК и РНК). Согласно другим работам, планета, полностью покрытая очень глубоким океаном, может оказаться геологически мертвой, лишенной каких-либо планетных процессов, которые в свое время обеспечили появление жизни на Земле.
Элизабет Таскер (Elizabeth Tasker), астроном и исследователь экзопланет из Института космических и аэронавигационных исследований Японского аэрокосмического агентства в Сагамихаре (соседняя с Токио префектура Канагава), уверена в том, что наличие какого-либо одного признака обитаемости планеты — еще не повод для оптимизма. Ведь сочетание конкретных геологических процессов с химическим составом планеты может создавать не только благоприятную, но и откровенно враждебную среду для микроорганизмов [3].
В настоящее время астрономы каталогизировали тысячи экзопланет, из которых больше десятка признано потенциально пригодными для жизни. Самая последняя находка такого рода, о которой с помпой было объявлено в конце октября, — это планета Ross 128 b, которая находится от нас на расстоянии 11 световых лет, в созвездии Девы. Год там длится всего 9,9 суток, так как планета вращается всего в 0,05 а. е. от своей родительской звезды, однако тут мы имеем дело с чрезвычайно тусклым красным карликом, имеющим массу 0,15 массы Солнца, поэтому такая дистанция как раз позволяет Ross 128 b иметь жидкую воду на своей поверхности. В зависимости от отражательной способности атмосферы температура там может колебаться в пределах от -60 до +20 °С. Это вторая по удаленности от нас экзопланета земного типа (после Проксимы Центавра b) из всех известных на настоящий момент.
К сожалению, звездные вспышки, случающиеся время от времени на красных карликах, могут оказаться губительны для жизни, поэтому многие ученые вообще отрицают возможность появления живых существ в этих краях. К тому же близкие к звезде планеты обычно гравитационно заперты — вращаются так, что одно полушарие постоянно обращено к светилу, а другое всегда находится в тени (подобно тому, как Луна всегда обращена к Земле одним и тем же боком; ровно так же ведут себя и все ближайшие спутники планет-гигантов), это также снижает перспективы какой-либо жизни.
Космический телескоп «Джеймс Вебб» будет запущен в 2019 году. Значительную часть своего времени он будет тратить на изучение земноподобных миров. Исследователи уже начали анализировать, как можно засечь с его помощью следы кислорода, метана и других «биосигнальных» газов в атмосферах экзопланет. Как же распределять имеющееся у нас ценное время для наблюдений, чтобы повысить вероятность обнаружения жизни? Ученые предлагают ориентироваться на те планеты, которые не только находятся в зоне обитаемости желтых карликов, подобных Солнцу, но и, подобно Земле, сочетают на своей поверхности сушу и океаны. Всё это потому, что миры, у которых нет ничего, кроме воды на поверхности, могут не обладать основными питательными веществами, доступными в формах, которые могут быть усвоены микроорганизмами (разумеется, если жизнь там основана примерно на тех же химических процессах, что и на Земле).
«В нас силен стереотип: если есть океаны, то должна быть и жизнь», — говорит Тесса Фишер (Tessa Fisher), микробиолог из Университета штата Аризона. Ее недавняя работа противоречит этой идее. Фишер и ее коллеги смоделировали ситуацию на «аквапланете» с поверхностью, которая полностью или почти полностью покрыта водой, превышающей запасы воды на Земле в пять раз. На Земле дождевая вода способствует эрозии скального грунта, вымывает фосфор и другие питательные вещества, сносит их в океаны. Однако без какой-либо суши на «аквапланете» фосфор почти не сможет обогащать воду (его будет в 3–4 раза меньше, чем в нашем Мировом океане, поскольку морская вода не столь эффективна в его высвобождении). В океане так и не появятся микроорганизмы, планктон, который мог бы со временем создать кислородную атмосферу (либо его там окажется на порядок меньше, что недостаточно для обнаружения с дальних расстояний). И жизнь искать там почти бессмысленно… Не нужно забывать о том, что больше всего времени на Земле было потрачено отнюдь не на зарождение первых микроорганизмов (они могли появиться уже в первый миллиард лет) и уж тем более не на позднюю эволюцию разумных существ и цивилизаций, обладающих космическими технологиями (это всё произошло вообще стремительно по геологическим меркам, значит, вероятность подобных событий весьма и весьма велика по сравнению с прочими). Основные миллиарды лет были потрачены на то, чтобы земная атмосфера насытилась кислородом биогенного происхождения и послужила бы «топливом» для высокоразвитых многоклеточных. Это своего рода основной барьер на пути эволюции действительно высокоорганизованной жизни.
Фишер подчеркивает важность междисциплинарных исследований: «Люди, которые занимаются океанографией и микробной экологией, уже много лет знают, как важна дождевая вода для растворения фосфора, однако астрономы об этом обычно не задумываются. Я считаю, что основной прорыв сейчас состоит в том, что кто-то наконец собрал в одном зале астрономов, океанографов и биологов».
Кайман Унтерборн (Cayman Unterborn), геолог из того же университета, проанализировал воздействие на геологию планеты водной толщи, сопоставимой по массе с 50 мировыми океанами на Земле, и установил, что «самые влажные места во Вселенной» могут столкнуться и с другими неприятностями. Огромный вес всей этой жидкости оказал бы такое сильное давление на морское дно, что внутренняя оболочка планеты вообще потеряла бы пластичность. Между тем для поддержания необходимой для жизни геохимической среды на планете требуется геологическая активность, обеспечиваемая внутренним плавлением мантийных пород и тектоникой плит. В этом случае, как говорит Унтерборн, «слишком хорошо — это тоже нехорошо»: да, вода — это жизнь, но слишком много воды — это уже отсутствие жизни. Между тем богатые водой миры должны быть достаточно многочисленны. Многие планеты, вероятно, изначально формируются далеко от своих родительских звезд при невысоких температурах, где скальные породы легко сочетаются с большим количеством льда. Если такая планета позже мигрирует ближе к своей звезде, то лед растает и покроет всю ее поверхность, разливаясь в виде океанов. Считается, скажем, что по крайней мере некоторые из семи небольших планет, вращающихся возле тусклого красного карлика TRAPPIST-1, находящегося на расстоянии в 41 световой год от Земли (по иронии судьбы, в созвездии Водолея), обладают значительными запасами воды в открытых водоемах [4].
Вместо того чтобы бросать все свои силы на приоритетное изучение подобных водных миров, Элизабет Таскер предлагает астрономам поразмыслить о возможной эволюции таких планет. «Нам нужно внимательно следить за выбором правильной планеты», — говорит она.
В конце встречи в Ларами между ее участниками был проведен опрос: сможем ли мы найти доказательства жизни на какой-либо экзопланете к 2040 году? Результаты опроса не вызвали оптимизма: 47 респондентов отрицают подобную возможность. Положительный ответ дали лишь 29 участников. Впрочем, большинство всё же склонилось к тому, что инопланетная жизнь будет-таки найдена в 2050-х или 2060- х годах. Так что времени на дебаты о том, где же лучше всего искать жизнь, остается предостаточно.
Докт. физ.-мат. наук Сергей Попов из ГАИШ МГУ, которого мы попросили прокомментировать эту заметку, подчеркнул, что в ближайшем будущем наверняка можно будет найти немало интересных атмосфер и планет в целом, однако полной уверенности в наличии там жизни всё равно не будет.
Максим Борисов
Изображения с сайта exoplanets.nasa.gov
1. nature.com/news/exoplanet-hunters-rethink-search-for-alien-life-1.23023
2. newscientist.com/article/2154137-ocean-covered-planets-may-not-be-the-places-to-search-for-life/