Стоит ли нам беспокоиться о признаках инопланетной жизни, обнаруженных в далеких мирах

Ученые все чаще наблюдают молекулярные "биосигнатуры" в атмосферах экзопланет далеко за пределами нашей планеты. Но пока непонятно, может ли хоть одна из них служить убедительным доказательством того, что мы не одиноки во Вселенной.

"Не стоит беспокоиться", - успокаивает американский астрофизик и планетолог канадского происхождения Сара Сигер.  Честно говоря, ее слова звучат довольно отрезвляюще на фоне чересчур громких заголовков о якобы найденных признаках жизни в атмосферах других миров.

Конечно, обнаружение действительно реальных признаков внеземной жизни не было бы чем-то заурядным. Напротив, это было бы знаменательным событием. Учитывая, что мы исследовали лишь крошечную часть из многих миллиардов планет, потенциально существующих в нашей галактике, можно предположить, что жизнь во Вселенной может быть распространена повсеместно.

Это хорошо иллюстрирует постоянное появление сообщений о молекулярных "биосигнатурах", обнаруженных на других планетах, в основном благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба (JWST). Только в сентябре прошлого года эта обсерватория обнаружила на ледяном спутнике Юпитера Europa углекислый газ, который, по-видимому, поступает из его потенциально пригодного для жизни подземного океана, и, возможно, диметилсульфид на экзопланете K2-18b - химическое вещество, вырабатываемое на Земле исключительно живыми организмами. "Манящий признак вероятной жизни на далекой планете", - так написала тогда BBC.

Но астрофизик из Массачусетского технологического института Сара Сигер не зря рекомендует соблюдать осторожность: если речь заходит о доказательствах существования инопланетной жизни - дистанционное обнаружение и идентификация различных веществ, как правило, не дает убедительных результатов. Даже если результаты обнаружения окажутся достаточно надежными - а это почти всегда очень большое "если" - вполне может найтись разумное объяснение небиологического происхождения того или иного химического вещества.

Чтобы правильно оценить такие находки и отрегулировать наше возбуждение от перспективы того, что они предвещают появление инопланетян, необходимо разобраться в том, что мы на самом деле хотим увидеть в этих биосигнатурах. Способны ли они когда-либо предоставить убедительное доказательство существования инопланетной жизни?

Моделирование показало, что пролетающая мимо звезда может выбросить Землю из Солнечной системы

Когда астробиологи рассуждают о поисках атмосферных биосигнатур, они имеют в виду молекулы, которые, как принято считать, связаны с жизнью на Земле и которые мы можем обнаружить дистанционно. Для этого мы смотрим, как меняется интенсивность излучения звезды-хозяина на разных длинах волн при движении планеты вдоль ее поверхности. При этом часть света поглощается атмосферой планеты. Различные типы молекул поглощают свет на определенных длинах волн. Поэтому если мы видим, что интенсивность света звезды уменьшается на той или иной длине волны во время прохождения планеты, это указывает на присутствие соответствующего химического вещества.

Еще никогда прежде человек не был так хорошо подготовлен для этих поисков. Благодаря способности JWST определять спектры ученые смогли не только изучить химию миров за пределами нашей Солнечной системы, но и найти еще больше мест для поиска подобных экзопланет. В настоящее время известно более 5500 таких миров, причем спектры этих планет гораздо разнообразнее, чем в нашей Солнечной системе. Более того, некоторые из наиболее перспективных кандидатов — это средние по размеру планеты, не меньше Земли и не крупнее Нептуна, с каменистым ядром и глобальными океанами под богатой водородом атмосферой. Они известны как миры-гиганты - и их легче всего изучать.

Теперь о том, какие молекулы ученые хотели бы увидеть. Долгое время все сводилось к воде. Программа астробиологии NASA даже выдвинула неофициальный лозунг: "Следуй за водой". Как известно, жидкая вода необходима для существования жизни на Земле. Поэтому идея заключалась в том, что мы должны искать миры, на поверхности которых есть вода. Это породило идею о существовании вокруг звезды "обитаемой области", внутри которой вращаются планеты, удаленные от своего солнца на достаточном расстоянии, чтобы потенциально иметь на поверхности жидкую воду.

Но оказалось, что при таком подходе далеко не уедешь. "Мы предполагаем, что для существования жизни необходима жидкость, и есть много причин, по которым вода может быть лучшим вариантом", - говорит Сара Хёрст, ученый-планетолог из Университета Джона Хопкинса в Мэриленде. "Но вода - одна из самых распространенных молекул во Вселенной". Поэтому ее присутствие за пределами Земли не вызывает ни удивления, ни серьезных предпосылок для существования жизни.

Но совсем другое дело - наблюдать ее в атмосферах небольших каменистых планет, говорит Сигер. Молекулы воды в атмосфере расщепляются под действием ультрафиолетового излучения родительской звезды. Таким образом, вода сохранится в атмосферах каменистых планет только в том случае, если ее запасы будут постоянно пополняться из поверхностных источников, например, из океанов. Таким образом, обнаружение воды на экзопланетах может сузить круг поиска, но само по себе это еще не является надежной биосигнатурой.

Ученые обнаружили углекислый газ на Европе, одном из ледяных спутников Юпитера. GRANGER - Historical Picture Archive/Alamy

Признаки инопланетной жизни

Кислород тоже долгое время считался потенциальным признаком инопланетной жизни. Будучи очень реактивным элементом, он тоже может сохраняться в атмосфере в больших количествах только при условии постоянного пополнения. На Земле это происходит в основном за счет процесса фотосинтеза в растениях и бактериях, то есть благодаря жизни, что объясняет, почему кислород уже несколько десятилетий является излюбленным газом для астробиологических поисков, утверждает Сигер. Но это, добавляет она, также породило "кустарную индустрию" людей, объясняющих, как он может быть получен в результате геологических, фотохимических или других небиологических процессов.

А еще есть углекислый газ. Его появления несложно объяснить небиологическими способами. Вулканы на Земле извергают его в изобилии. Но интерес к обнаружению этой молекулы заключается скорее в том, чтобы установить, что вокруг есть углерод, из которого могут быть образованы сложные органические молекулы - и, возможно, в конечном итоге живые организмы, подобные тем, что существуют на Земле. Вот почему обнаружение пузырьков CO2 в ледяном океане Европы вызывает большой интерес ученых. Считается, что это химическое вещество не может быть стабильным на поверхности Юпитера, а значит, его источник должен был появиться относительно недавно.

Возможно, более "подходящую" биосигнатуру можно найти в какой-то комбинации привычных газов на других планетах. Кислород и метан, например, не могут сосуществовать в атмосфере, находящейся в химическом равновесии, поскольку они вступают в реакцию с другими веществами. Однако это возможно только при наличии некоего процесса, например жизни, который постоянно повышает их уровень и поддерживает то состояние, которое исследователи называют неравновесным. "Если вы видели кислород и метан вместе, это считалось очень хорошим сигналом, - говорит Никку Мадхусудхан, астроном из Кембриджского университета. Проблема в том, что любая атмосфера в какой-то степени неравновесна, считает Хёрст, потому что родительская звезда постоянно выплескивает в нее энергию. Прежде, чем начинать волноваться, следует найти атмосферу, в которой нарушено равновесие, также как на Земле.

Между галактиками обнаружена гигантская звездная река длиной 1,7 млн световых лет

Однако если добавить в смесь больше молекул, то версия о том, что они были созданы живыми существами, станет еще более убедительной. Если бы мы обнаружили, например, кислород, метан и закись азота на скалистой планете, "было бы трудно утверждать, что это не связано с жизнью", - считает Мадхусудхан. "Произвести все три вещества в таких же пропорциях, как на Земле, очень сложно [каким-либо другим способом]".

Пока никто не нашел такой комбинации. Но другой, не менее показательный тип биосигнатур может быть получен не из обычных газов, а из молекул, которые, насколько мы знаем на Земле, не могут быть созданы ничем, кроме как живыми организмами.

Одна из них - диметилсульфид (DMS), который на нашей планете выделяется в воздух как побочный продукт метаболических реакций некоторых видов планктона. Отсюда и ажиотаж вокруг недавнего сообщения Мадхусудхана и его коллег об обнаружении этого вещества в атмосфере экзопланеты K2-18b, расположенной в созвездии Льва на удалении около 124 световых лет от нас.

Сигер утверждает, что если нам удастся обнаружить DMS, то это станет интересным признаком существования жизни: "На данный момент трудно объяснить существование DMS каким-либо другим способом". Однако, добавляет она, на данный момент такие эмоции были бы преждевременными, поскольку открытие пока носит весьма предварительный характер. Она подчеркивает, что первый вопрос, который следует задавать при обнаружении подобных биосигнатур, — не "это жизнь?", а " это реально?".

Попытки обнаружить такие химические вещества довольно сложны, особенно для планет в окрестностях красных карликов, таких как K2-18. Поскольку они тусклее нашего Солнца, падение яркости планет, проходящих перед ними, заметить намного легче - именно поэтому ученые предпочитают такие звезды в качестве потенциальных мест для поиска экзопланет. Однако, по словам Сигера, красные карлики также склонны к появлению пятен на поверхности, похожих на солнечные, которые усложняют спектр звездного света даже без учета атмосфер странствующих миров. Более того, на таких звездах случаются яркие вспышки, которые могут испепелить их планеты, что также сокращает шансы на существование жизни.

Таким образом, поиск биосигнатур в системах красных карликов напоминает известную историю о поиске потерянных ключей от машины под уличным фонарем: мы ищем не там, где это наиболее вероятно, а там, где мы способны искать. Тем не менее Мадхусудхан уверен, что что-то мы все равно обнаружим. "Зная то, что я знаю, я буду очень удивлен, если в ближайшие пять лет мы не обнаружим хотя бы одну из таких молекул с высокой степенью достоверности в мирах Гикеан, - говорит он (гипотетический класс экзопланет, принадлежащих типу планет-океанов).

Известные неизвестные

Означает ли это, что мы нашли жизнь? "Это пока неясно, - говорит он. Мы не можем быть уверены, что на других планетах даже такие молекулы, как DMS, не образуются чем-то, кроме жизни. "То, что на Земле это вещество производится только биологическим путем, не означает, что это единственный способ его появления", - говорит Хёрст. "Очень трудно выполнять эту работу, не ориентируясь на Землю". Проблема в том, что мы просто не знаем - и, возможно, никогда не узнаем - достаточно о планетарной среде K2-18b, для того чтобы исключить все другие варианты. Есть ли там вулканы? Есть ли океан? Может, на поверхность планеты недавно упала комета? "У нас просто нет всей необходимой информации, чтобы смоделировать химию атмосфер экзопланет", - поясняет Хёрст.

Космический телескоп Джеймса Уэбба изменит наше представление об атмосферах далеких планет. Alexandr Mitiuc/Alamy

Американский планетолог Каролин Порко, возглавлявшая команду по обработке изображений миссии "Кассини" вокруг Сатурна, разделяет эту точку зрения. "Для всех соединений, которые до сих пор были найдены в других местах - от очень простых, таких как кислород, метан и углекислый газ, до более сложных, таких как аминокислоты [обнаруженных в некоторых метеоритах], - можно только сказать, что эти молекулы существуют и на нашей живой планете". В результате "перед исследователями экзопланет стоит невыполнимая задача. Если они хотят обнаружить жизнь на недоступных планетах, я думаю, что они никогда не узнают достаточно о химической среде, чтобы с уверенностью заявить о наличии жизни после анализа соединений", - утверждает она.

Опыт Хёрста с луной Сатурна Титаном иллюстрирует, как нехватка контекстной информации может свести на нет усилия научного сообщества. В течение нескольких десятилетий ученые-планетологи были озадачены тем, что в атмосфере Титана содержится много метана, CO2 и угарного газа в соотношениях, которые, казалось, не имеют никакого смысла. Кое-кто даже предположил, что они могли появиться в результате процессов жизнедеятельности. "Нам не хватало информации о том, что Энцелад (еще одна луна Сатурна) имеет шлейфы, выбрасывающие воду в Сатурнианскую систему, - говорит она, - и часть ее попадает в атмосферу Титана, где преобразуется в окись углерода".

"Сообщество исследователей Солнечной системы уже много лет пытается убедить экспертов по экзопланетам, что у нас по самой эволюции Солнечной системе есть определенные недопонимания", - говорит Хёрст. "Прошло всего каких-то 60 лет с тех пор, как мы писали статьи о лесах на Венере!"

Из всего этого можно сделать вывод, что поиск молекулярных биосигнатур в атмосферах далеких планет — это что-то вроде лотерея для дураков, или, по крайней мере, не лучший способ найти жизнь за пределами Земли. "Я очень скептически отношусь к тому, что мы найдем убедительные доказательства существования жизни за пределами Солнечной системы, используя только данные дистанционного зондирования [например, спектры атмосфер], - говорит Хёрст. Таким образом, если роботизированный космический аппарат не высадится на такой планете, как Европа, и не увидит микроорганизмы в соленых глобальных океанах под ледяной корой луны, доказательства существования жизни в других местах еще долгие годы будут носить весьма условный характер".

Китай развернул высокоорбитальный спутниковый интернет, накрыв при этом "солидную" часть России

Тем не менее, астробиологи не отказываются от идеи, что в атмосферах экзопланет могут существовать определенные виды биосигнатур. Некоторые из них считают, что можно использовать искусственный интеллект для поиска характерных "сигналов жизни" в сложных комбинациях молекул.

Другие же полагают, что измерение "молекулярной сложности" может помочь на том основании, что только жизненные процессы могут создать такую категорию сложности выше определенного порога. Эта идея опирается на более широкий принцип, называемый теорией сборки, которую Порко считает особенно многообещающей. "Идея нуждается в проверке, и сейчас она проходит проверку в планетарном научном сообществе", - говорит она. "Возможно, впереди она встретит препятствия, но сейчас, если бы я делала ставки, я бы поставила на теорию сборки".

Другая потенциальная возможность появления биосигнатуры, которая убедила бы всех в существовании инопланетян, — это обнаружение молекулы, настолько причудливой, что мы просто не смогли бы представить себе, что она была создана кем-то другим, кроме технологически развитой цивилизации — это так называемая техносигнатура.

По словам Сигера, одним из таких кандидатов являются молекулы, содержащие много фтора, например хлорфторуглероды (ХФУ), которые мы когда-то в изобилии выбрасывали в атмосферу, пока не поняли, что они разрушают озоновый слой. "Жизнь почти никогда не использует фтор, - говорит она. Но мы используем, и не только в фреонах. "Мы производим трифторид азота и гексафторид серы. Так что, если бы мы увидели трифторид азота [в атмосфере экзопланеты], я была бы в восторге", - говорит Сигер.

Между тем, говорит Хёрст, астробиологи не должны нагнетать эмоции в обществе ложными заявлениями. "Иначе астрономы рискуют превратиться в мальчика, который кричал: "Волки!", - говорит она. "Если мы когда-нибудь действительно обнаружим жизнь в другом уголке Вселенной, это будет иметь огромное значение. Но я часто общаюсь с людьми, и многие из них считают, что мы уже нашли жизнь на Марсе. Это меня крайне огорчает".

И все же, если не обращать внимания на шумиху, то перспективы весьма увлекательны. "Я думаю, что мы телескоп JWST позволит нам изучить множество новых интересных планет, - говорит Хёрст. А вот будем ли мы знать наверняка, есть ли у нас в космосе соседи - это уже другой вопрос".

Наша охота за инопланетной жизнью нуждается в надежных ориентирах 

Как доказать, что вы обнаружили инопланетную жизнь

Конечно, голосить на весь мир об открытии жизни на другой планете, основываясь лишь на обнаружении в ее атмосфере пары молекул, наверное, не стоит. Но правда в том, что никто не ожидает, что первое обнаружение внеземной жизни будет носить явный характер. Скорее, все будет зависеть от того, насколько мы можем доверять тому или иному доказательству.

Исходя из этого, в 2021 году группа ученых Национального космического агентства предложила шкалу "Уверенность в обнаружении жизни", чтобы дать общественности и журналистам возможность оценить достоверность каждого нового факта. На эту идею их натолкнула шкала, которая используется для определения реального риска столкновения Земли с пролетающими рядом астероидами, с целью избежать появления в прессе апокалиптических статей о конце света.

Команда НАСА предлагает семиуровневую шкалу, которая начинается с "обнаружения сигнала, который, предположительно, является результатом биологической активности". Следующие шаги включают, например, исключение источников загрязнения и демонстрацию неправдоподобности альтернативных, небиологических объяснений. Последний уровень требует независимых наблюдений за реальным биологическим поведением на планете - то, что не представляется возможным только на основе данных дистанционного зондирования, включая атмосферные спектры.