Астрономія

У пошуках позаземного життя Біомаркери в космосі

ESA / Hubble, M. Kornmesser

ESA / Hubble, M. Kornmesser

Поки позаземні цивілізації не знайшли нас, ми вперто намагаємося знайти їх. Якщо не цивілізації, то хоча б ознаки позаземного життя. Так, нещодавно астрономи повідомили, що зафіксували в атмосфері Венери фосфін — газ, який може свідчити про наявність життя. На які біомаркери звертають увагу вчені, сподіваючись відшукати позаземні організми? Чому серед більш як 4 тисяч виявлених екзопланет ми досі не знайшли жодної із живими організмами? Що взагалі ми маємо побачити, щоб упевнитись, що ми у Всесвіті не єдині?

Що потрібно шукати?

Якщо уявити, що десь у Всесвіті є астроном, який спостерігає за нашою Сонячною системою, то навряд чи б він побачив життя на Землі — планеті, яку порівняно з Сонцем і розгледіти важко. Ні, Великий китайський мур з космосу не видно, а наш перший радіосигнал, так званий техномаркер, зафіксували б лише на відстані 130 світлових років, не більше. Так само і ми, до речі, ще не чули жодного технічного відгуку іншопланетних цивілізацій.

Але не обов’язково чекати розвитку технологій у наших гіпотетичних сусідів по Всесвіту. Життя можна знайти за хімічними слідами речовин, які свідчать про життєдіяльність. Такі речовини називаються біомаркерами. Основних біомаркерів п’ять: кисень, озон, вода, метан та вуглекислий газ. Окремо кожен із них може нічого і не означати, а от їхні комбінації свідчитимуть про життя земного типу. Остання новина про “життя” на Венері саме про це: наземні телескопи виявили у верхніх шарах її атмосфери газ фосфін (PH3) який входить в число потенційних біомаркерів. Він не є стовідсотковим доказом, бо може утворюватись внаслідок блискавок, наприклад, але його знайшли у досить привабливій з огляду на клімат Венери зоні, де температури і тиск досить схожі на земні.

European Southern Observatory (ESO) / YouTube

European Southern Observatory (ESO) / YouTube

Як шукати?

Що шукати, ми вже визначились. Біохіміки вирішили створити список найрізноманітніших комбінацій шести основних елементів, пов’язаних із життям на Землі: вуглецю, азоту, кисню, фосфору, сірки та водню, щоб обмежити коло потенційно населених планет. Як тепер їх побачити?

Щоб знайти біомаркери, необхідно отримати дані про спектр атмосфери планети. Тобто розкласти випромінюване світло, де відсутність кольорів — чорні лінії на спектрі — вкажуть на присутність певних газів, оскільки кожен поглинає світло на різній довжині хвилі. Є цілих три способи “зловити” світло від планети. Планети, які знаходяться у зоні, придатній для життя (habitable zone), тобто на такій відстані від своєї зорі, що дозволяє існування на поверхні рідкої води, є джерелом інфрачервоного випромінювання. Отже, його можна розкласти на спектр і шукати там сліди газів-біомаркерів. Те ж саме можливо зробити і з відбитим від планети світлом її зорі. Та і не тільки від планети — нещодавно “Габбл” підтвердив населеність Землі за відбитим від Місяця сонячним світлом. Ще один спосіб дозволяє одразу і знайти екзопланету, і проаналізувати її атмосферу. Це транзитний метод виявлення, тобто спостереження за проходженням планети на тлі її зорі, яке дозволяє побачити атмосферу крізь світло. Так, “Габбл” першим виявив екзопланету зі слідами водяної пари в атмосфері, а в найближчий час цим займатимуться його наступник “Джеймс Вебб” та космічний телескоп “Хеопс”.

Спектр атмосфери планети: відсутні кольори - чорні лінії, позначають різні гази / exoplanets.nasa.gov

Спектр атмосфери планети: відсутні кольори - чорні лінії, позначають різні гази / exoplanets.nasa.gov

Де шукати, або обери собі зорю

Те, що наша планета обертається навколо Сонця, насправді, дуже вдалий вибір, адже Сонце — одинока зірка, жовтий карлик. Вона живе довше за гігантів, а тому світила рівно стільки, скільки було потрібно, щоб ми вийшли з води і заговорили. Та світитиме ще принаймні 5 мільярдів років. На ній не відбуваються сильні спалахи небезпечного ультрафіолетового випромінювання, як на червоних карликах, і вона достатньо гаряча, щоб прогрівати всю поверхню Землі.

Але зовсім необов’язково шукати потрібні нам екзопланети біля сонцеподібних зірок. Так, наприклад, екзопланети біля на перший погляд холодних білих карликів також варто вивчати. Моделювання показують, що планета має знаходитися зовсім близько до такої зірки, щоб підтримувати життя. Отже, вона буде завжди обернена до зорі однією своєю стороною, як Місяць до Землі. Але вітри на її поверхні все одно зможуть підтримувати помірний клімат, урівноважуючи температуру обох півкуль.

Планети, схожі на Татуїн із всесвіту “Зоряних війн”, над якими світить два сонця, також цілком можливі, і на них навіть може утворитися життя. Окрім того, зоря — не єдине джерело енергії. Супутники газових гігантів Європа та Енцелад це підтверджують. Дія на них припливних сил Юпітера і Сатурна розігріває їх достатньо, щоб під їхньою льодяною поверхнею могла існувати вода в рідкому стані.

Ідеальна планета для життя

Астрономи досить швидко визначились із тим, куди саме дивитись, коли знаходиш потрібну зірку. У першу чергу вони визначають зону, придатну для життя. Довкола кожної зірки можна окреслити таку область: у нашій Сонячній системі, наприклад, це відстань від 0.95 до 1.37 астрономічних одиниць. Ми, до речі, знаходимось в 1 астрономічній одиниці від Сонця, а от Марс вже в 1.5. Такі межі зумовлені можливістю планети зберігати воду в рідкому стані, бо інакше вода або випаровується, або замерзає. Але зона, придатна для життя — лише придатна і не є його гарантією.

Щоб життя принаймні на Землі було можливим, мало відбутися безліч збігів обставин. Лишається багато відкритих питань: чи потрібні супутники, яким має бути планетарне ядро та тривалість доби, або, можливо, людство взагалі завдячує своїм існуванням Юпітеру? Деякі вчені навіть вважають, що на появу життя впливає віддаленість планети від інших планет. Тому наступний крок — виявлення у екзопланет магнітного поля, наявності тектонічних процесів, парникового ефекту тощо. Загалом, ідеальний кандидат для життя — це кам'янистий світ розміром з Землю, зручно розташований в зоні, придатній для життя своєї зірки. Як-от, наприклад, екзопланета Kepler-1649c, що на даний момент найбільш схожа на Землю за розмірами і температурою. Хоча і тут вчені налаштовані скептично та вважають, що навіть на екзопланетах-двійниках Землі шанси на появу розвинутого життя дорівнюють 3:2.

Екзопланета-двійник Землі Kepler-1649c. NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter / Wikimedia Commons

Екзопланета-двійник Землі Kepler-1649c. NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter / Wikimedia Commons

Чому досі не знайшли життя на планетах-океанах?

Здавалось б, вода — запорука життя, і якщо воно з’явилося на Землі, то на планетах-океанах воно має вирувати. До речі, вода складає усього 0.02 відсотки маси Землі. Що вже казати про екзопланети, якщо поряд є супутники Європа та Енцелад, які приховують під своїм льодяним шаром солону та навіть звичну до земної, воду. Але, як виявилось, усе не так просто.

Ми вже писали, що розвинуті екосистеми спочатку виникли в прибережних зонах океану, та і зараз на Землі найбільша біологічна активність в океані спостерігається на узбережжях Каліфорнії, Перу, Північно-Західної і Південної Африки. Це пояснюється апвелінгом — процесом, який за допомогою вітрів дозволяє піднімати з дна поживні речовини, як-от рештки тварин, у верхні шари океану, що і зумовлює різноманітність життя. Океани на екзопланетах повинні мати освітлені області для існування фотосинтезуючих форм життя і достатню циркуляцію, щоб повертати їхні рештки назад. Моделювання показує, що швидкість обертання планети, щільність її атмосфери та наявність континентів, зумовлюють ефективний апвелінг, а отже, і біорізноманіття.

Чужий, Супермен та гігантські восьминоги — кого ми можемо знайти?

У науковій фантастиці іншопланетян та взагалі позаземне життя часто зображують подібним до нашого, що не дивно — інших форм ми поки не бачили. Така галузь як альтернативна біохімія передбачає, не вуглецеві форми життя, наприклад, кремнієві, цілком можливі, хоч і потребують зовсім інших умов. Але поки НАСА говорить нам, що живими істотами можна називати тих, що є автономними хімічними системами, здатними до дарвінівської еволюції, ми можемо перестати уявляти зелених людей-велетнів і значно все спростити.

Насправді, вибір можливого позаземного життя і без кремнієвих форм досить широкий. Почати хоча б з вірусів. Їх так багато на Землі, що якщо віруси вибудувати в одну лінію, вона простяглася б на 100 мільйонів світлових років. Так, фактично віруси не є самовідтворними формами і їм обов’язково потрібна жива клітина, але вони могли б стати непрямим доказом існування клітинного життя.

Чудовими кандидатами на можливих мешканців космосу є екстремофіли — найвитриваліші жителі Землі, здатні витримати майже будь-які умови. Надсолоні озера без кисню на дні морів та океанів? Запрошуйте галофілів. Їх, до речі, багато в солоних озерах на півдні України. Киплячі гейзерні води? Єллоустонські термофіли навіть розфарбують їх у кольори веселки. Надвисокі дози радіації? Deinococcus radiodurans живуть в радонових джерелах та на поверхнях атомних реакторів.

Нещодавні дослідження показали, що, теоретично, можуть існувати мікроорганізми, які перебувають у верхніх шарах атмосфери Венери, в хмарах сірчаної кислоти, а біологи з MIT змусили кишкову паличку та дріжджі розмножитись у водневому середовищі.

Кораловий сад на глибині 585 метрів поблизу Гренландії. / Frontiers in Marine Science, 2020

Кораловий сад на глибині 585 метрів поблизу Гренландії. / Frontiers in Marine Science, 2020