Можно ли распознать жизнь на экзопланете
Недавно в ТрВ-Наука публиковалась дискуссия о вероятности зарождения жизни на подходящей планете. Это та вероятность, о которой можно теоретизировать, но которую нельзя измерить, покуда нам известен лишь один случай. Нужен хотя бы еще один, и тогда уже можно оценить эту вероятность с точностью до порядка величины. Разговоры на эту тему ведутся давно, этим, в частности, занимается наука под названием «астробиология». Обретет ли эта наука предмет наблюдения?
Исходя из данных космического телескопа «Кеплер», можно приблизительно оценить вероятное расстояние до ближайших землеподобных планет у солнцеподобных звезд. Это не простая оценка — она требует экстраполяции от короткопериодических планет (которые легко обнаруживаются) к длиннопериодическим (чей год сравним с земным), которых «Кеплер» почти не видел. Результат — около 15 или 20% звезд типа Солнца имеют землеподобные планеты в зоне обитаемости. Вероятное расстояние до ближайшей подобной планеты оказывается в пределах 20 световых лет.
Как убедиться, что на планете, находящейся дальше десяти световых лет от нас, есть жизнь? Конечно, искать ее признаки нужно прежде всего в атмосфере планеты. В принципе, можно изучать отраженный спектр (например, так называемый красный край в альбедо, связанный с хлорофиллом), но до его детектирования еще так далеко, что остановимся на искомых признаках в спектре поглощения атмосферы. Есть ли шанс увидеть признаки жизни в спектре поглощения света звезды атмосферой транзитной планеты? Или, что сложней, увидеть их в спектре собственного теплового излучения планеты? Эти признаки по-русски называются биомаркерами (что неудачно, поскольку есть пересечение с медицинским термином); в англоязычной литературе преобладает термин biosignature. Общеизвестный биомаркер — кислород, точнее, линии поглощения О2 или озона О3. Простой и неправильный ответ на вопрос «как обнаружить жизнь?» — зарегистрировать на экзопланете кислород и приписать его происхождение фотосинтезу.
Вот один из контрпримеров.
Кислород может образовываться при фотодиссоциации молекул воды. Легкий водород улетает в космос, тяжелый кислород остается. Если планета находится в зоне жизни агрессивного красного карлика, излучающего много рентгена и ультрафиолета, то диссоциировать может вся вода. Если воды изначально было достаточно, планета может оказаться с кислородной атмосферой с давлением 100 бар — как на Венере, только с кислородом вместо СО2. И какая там жизнь?
Есть и другие, не столь радикальные варианты высвобождения кислорода. Таким образом, казалось бы самый надежный биомаркер на самом деле совсем не безусловен и требует осторожного подхода. Есть и другие биомаркеры — метан (есть на Марсе и в огромном количестве на Титане), закись азота N2O и несколько других летучих соединений. Однако остановимся на кислороде — на Земле он самый заметный знак жизни: легко детектируется, сильно поглощает излучение в инфракрасной области, летучий, химически активный. В свое время при выборе частотного диапазона проекта космического интерферометра TPF (Terrestrial Planet Finder — Детектор планет земного типа) решили, что надо опираться на кислород, так как «для нормальной землеподобной планеты, расположенной в зоне обитания, О2 — надежный индикатор жизни» (DesMarios et al. 2002). С тех пор прошло много времени, проект TPF закрыли, а к кислороду в качестве биомаркера стали относиться с бо?льшим скепсисом. Дело в том, что есть процессы высвобождения кислорода, конкурирующие с фотосинтезом даже для планет в зоне обитаемости.
Землю страхует от фотолиза водяного пара так называемая холодная ловушка — зона с минимальной температурой в верхнем слое тропосферы. Там пар конденсируется и в конечном счете выпадает в виде осадков. В результате его концентрация в стратосфере становится почти на три порядка меньше. Без холодной ловушки пар достигает высот, облучаемых жестким ультрафиолетом, где молекула воды диссоциирует, водород улетает, а атом кислорода остается и сбивает с толку удаленного наблюдателя. По оценкам Wordsworth, Pierrehumbert (2013) этот процесс может нагнать до 0,15 бар кислорода. Дальше сам кислород создает холодную ловушку и фотолиз воды прекращается, но такого количества кислорода вполне достаточно, чтобы принять его за биогенный.
Чтобы холодная ловушка функционировала изначально, нужна фоновая атмосфера из устойчивого газа, который не способен конденсироваться или химически связываться. Лучший для этого газ — азот; годится и более редкий аргон. Поэтому, если мы видим много кислорода в атмосфере планеты в зоне обитаемости, прежде всего надо проверить, есть ли там азот. Это не так просто — молекула N2 не дает линий поглощения в видимом и инфракрасном диапазоне. Зацепиться можно за парные молекулы (N2)2, в некотором количестве присутствующие в азотной атмосфере. Но их вклад в поглощение не столь велик. Величину эффекта оценивали Schwieterman et al. (2015). Представление о результате дает рис. 2, где приведен смоделированный транзитный спектр Земли (как если бы наблюдать Землю на фоне Солнца) с азотом и без него. Эффект измерим, но для наблюдений с большого расстояния удручающе мал.
Впрочем, азот — весьма распространенный элемент. В Солнечной системе он доминирует в атмосферах Земли и Титана, а в толстой атмосфере Венеры азота в три раза больше, чем в земной. Видимо, когда-то Венера тоже имела азотную атмосферу. Это прочная молекула и к тому же достаточно тяжелая, поэтому азотная атмосфера устойчива. Так что недостаток азота при наличии воды и кислорода в атмосфере планеты — скорее патология, чем правило. Поэтому, если все-таки будет обнаружен кислород у планеты земного типа в зоне обитаемости, к этому стоит отнестись очень серьезно. Скорее всего, на планете есть и азот и холодная ловушка. Конечно, «отнестись серьезно» не значит «пить шампанское за открытие» — вполне возможно, что жизнь во Вселенной, особенно фотосинтезирующая жизнь, — гораздо более редкий феномен, чем абиогенный кислород у планеты в зоне жизни.
Есть и другие варианты высвобождения большого количества кислорода. Например, фотолиз СО2. Этот случай распознается по большому количеству СО2 в атмосфере. Если планета сухая, то подавляется основной сток кислорода — каталитическая рекомбинация углекислого газа. В этом случае в атмосфере не должно быть паров воды.
В целом, биомаркеры во главе с кислородом дают лишь указание: «Смотрите внимательней!». В приложение к биомаркеру нужен контекст — всё, что известно о планете и родительской звезде, всё, что можно выяснить с помощью моделей. В ближайшей перспективе добыть необходимый контекст будет непросто даже для транзитных планет, тем более у звезд класса G.
Кроме биомаркеров существуют и антибиомаркеры — детектируемые примеси в атмосфере, которые свидетельствуют о необитаемости планеты. Наиболее часто обсуждаемый — угарный газ СО — не потому, что он ядовит для человека (наоборот — хорошая пища для фотосинтезирующих организмов), а потому, что свидетельствует об отсутствии воды. СО легко идентифицируется в спектре поглощения атмосферы планеты. Но и здесь нет однозначности, например, Schwieterman et al. (2019) показали, как биосфера может производить CO в детектируемых количествах.
В целом надежды на скорое обнаружение жизни на экзопланетах довольно призрачны. Скорее всего, первыми будут исследованы атмосферы планет в зоне обитаемости красных карликов — их много, вероятность транзитов велика (и уже найдены близкие транзитные планеты), вклад поглощения атмосферой планеты на фоне звезды на два порядка выше, чем для пары Земля — Солнце. Возможно, там будут обнаружены биомаркеры, но как раз для планет у звезд класса М цена биомаркеров наименьшая. Именно у них интенсивней всего идет фотолиз воды и СО2, именно у них в ранней молодости звезды может идти катастрофический фотолиз, способный дать кислородную атмосферу превосходящую по толщине углекислотную венерианскую.
Транзитные планеты в зоне обитаемости звезд типа Солнца, вероятно, будут найдены на расстоянии порядка сотни световых лет (сейчас известно несколько штук на расстоянии больше тысячи световых лет). Исследование их атмосфер в принципе не безнадежно. Гораздо большие перспективы могли бы дать космические интерферометры с прямым наблюдением близких нетранзитных планет. Увы, соответствующие проекты закрыты. Но будем надеяться на прогресс методов наблюдения. Настанет время, когда начнутся серийные открытия близких аналогов Земли. Вот тогда и начнется погоня за биомаркерами!
А сейчас состояние дел можно подытожить следующим образом.
Надежных биомаркеров как таковых не существует.
Значение биомаркера (как и антибиомаркера) сильно зависит от контекста: тип звезды, интенсивность облучения планеты, ее масса, водяной пар, другие составляющие атмосферы.
Есть, пожалуй, один случай довольно надежного (но не стопроцентного) признака фотосинтезирующей жизни: землеподобная планета в зоне обитаемости звезды класса G с большим количеством атмосферного кислорода. Для полной уверенности нужно убедиться, что там есть труднообнаружимый азот. Хотя шансы, что его там нет, достаточно малы, и при открытии нескольких подобных планет уже можно пить шампанское. А когда это произойдет — и про­изойдет ли вообще — можно только гадать.
Борис Штерн
DesMarais et al., 2002, Astrobiology, Vol. 2, Iss. 2, pp. 153?181.
Edward W. Schwieterman et al., 2015, The Astrophysical Journal, Vol. 810, Iss. 1, article id. 57, p. 15.
Edward W. Schwieterman et al., 2019, The Astrophysical Journal, Vol. 874, No 1.
Wordsworth Robin; Pierrehumbert Raymond, 2013, The Astrophysical Journal Letters, Vol. 785, Iss. 2, article id. L20, p. 4.
Источник
Подписка на новостой RSS-канал сайта
Получать новости сайта по почте
Контактный адрес для любых сообщений
МЕНЮ
Архив материалов
Подписка на новости
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - ...
Последние аномальные новости

База инопланетян в реке Ыгыатта

Беспилотные такси Яндекса начнут перевозить пассажиров с 2023 года

Блогеры получили по 10 дней тюрьмы за проникновение в Зону 51

Ведьма из Блэр. Как родилась легенда

Водяного монстра заметили в Китае

Дьявольский рог вырос у мужчины на голове

Запорожцы сфотографировали инопланетянина

Звезда Табби тускнеет из-за испарения украденной луны

Компания SpaceX готовит новый прототип Звездолета

Крупнейший вулкан на Ио готовится к извержению

Кто и с какой целью рисует узоры на полях

Магнитогорец снял привидение на месте ДТП

Мужчина оправдал 400 прогулов на работе плохим настроением

Необычайно длинный язык принес блогерше миллионы

Необычное явление на озере Балыктаах-Эбэ

Нибиру - что это, почему угрожает Земле столкновением

Певица рассказала, как разговор об инопланетянах изменил ее жизнь

Пистолет могут вернуть в экипировку космонавтов к 2021 году

Ребенок перестал расти из-за загадочной болезни

Самые мистические места России

Сбежавшая черепаха проползла несколько кварталов за 15 месяцев

Сможем ли мы колонизировать экзопланеты

Создана новая гипотеза о появлении жизни на Земле

Создание космического лифта признали возможным

Странные свечения в озере Чертов глаз

Туристов приглашают в замок с привидениями

Что заставляет человека испытывать ужас во время сна

Чудовище озера Ворота

Чудовище озера Лабынкыр

Чудовище озера Хайыр

Ведунья о паранормальной энергии Лондонского Тауэра

Вековая загадка винтовой лестницы Лоретто

Вересковый эль и замки с привидениями

ВМС США подтвердило подлинность видео с НЛО

Дух книголюба

Жадный призрачный библиотекарь

Звездолет Баала откликнулся на зов

Иранские военные обстреляли быстро движущийся НЛО

Испытали двухместный беспилотник-такси

История дикого мальчика Питера

Китайский луноход снял пришельца на Луне

Лидер ЛДПР сходил к шаманам и избавился от порчи

Любимое кресло призрака

Людей можно переселить на Проксима Центавра

На дне Атлантического океана обнаружены следы исчезнувшей Атлантиды

НАСА заинтересовалось НЛО над Аликанте

Невероятная судьба России по предсказанию Нострадамуса

Неизвестная развитая цивилизация существовала в Египте

Обиженный призрак миссис Грэй

Огромный звездолет замечен на Луне

Падение метеорита сняли очевидцы в Санкт-Петербурге

Правда ли, что чудовище из озера Лох-Несс - это большой угорь

Призрачная автостопщица

Раскрыто происхождение древнего загадочного металла

Создали препарат, позволяющий черным родителям иметь белых детей

Странные звуки космоса

Удивительное явление на Марсе

Что такое нейроинтерфейсы и что ждет их в будущем

Что хотела найти Аненербе в Муромском районе

Чупакабра убила десятки кроликов в Белебее

Ануннаки готовятся к жатве

Величайшие загадки Земли

Выставка Баллады иных миров проходит в Санкт-Петербурге

Гибель Титаника была предсказана

Глаза за окном

Девушка в машине

Десятки жителей Гента сообщили о НЛО

Египтяне знали о существовании инопланетян

Есть возможность отдохнуть в тюрьме с привидениями

Загадочные пейзажи Марса

Заложили фундамент для внеземного строительства

Игра в прятки

Инопланетяне покидают Антарктиду

Инопланетянин, убитый на американской военной базе

Когда и с какой страны начнётся Третья мировая война

Космонавтам вернут огнестрельное оружие

Люди на кладбище

Мужчина снял призрак своей кошки

На Нибиру есть разумные существа способные прожить без света и тепла

Найдено тайное послание в древней поэме о Сатане

Необъяснимое исчезновение Кенни Вича

НЛО рассеял инверсионный след самолета

Огонь - мощный символ

Паранормальные явления зафиксировали в Павловском дворце

Реинкарнация или чистые совпадения

Рыбу с головой дракона поймали в Норвегии

Страх ограбления вынудил девушку проглотить во сне кольцо

Существо в спальне

Установлена причина смерти словацкого Тутанхамона

Человек на дереве

Арктика утонула из-за кровавой Луны

Бомба времен ВОВ провисела на дереве 75 лет

Гигантские твари постепенно выползают из недр Земли

Дома с привидениями в Херсоне

Дыра Мела - реальный портал в иной мир

Загадка крошечных гробов из Шотландии

Загадочный Петрозаводский феномен

Зловещие городские легенды Ростова

Знаки зодиака, которые часто видят вещие сны

Инопланетяне воих не бросают

Леденящие душу казанские привидения

Может ли наша планета выжить без деревьев

Мужчина с ногтями длиной 121 см установил рекорд

Небесный конь. Реальная альтернатива воздушному такси

НЛО - состоится ли контакт

НЛО и леший засветились в Чердаклинском лесу

НЛО удивил жителей Северной Осетии

Обнаружено предсказание 1973 года о конце света

Охотники на оленей напоролись на Хищников

Прошла конференция против фальсификации истории

Рассекречены планы ЦРУ использовать животных в качестве шпионов

Ритуальные жертвы. Новая версия гибели группы Дятлова

Самые яркие минские легенды

Странные вещи, которые можно увидеть на Google Maps

Тайна кровавых пятен на мавзолее маленькой Нины

Уфолог обнаружил самолет Амелии Эрхарт

Феи из Коттингли

Флэтвудского монстра пытаются идентифицировать более полувека

Штурм Зоны 51 может обернуться гуманитарной катастрофой

Штурм Зоны 51 отменяется, поскольку там действительно есть инопланетяне

Блогеров арестованных в Зоне 51 освободили под залог

В августе мир был в шаге от глобальной войны

В космосе продожаются боестолкновения

Девочка забывеет все каждые два часа

Девять подземных городов построят на Аляске

Жительница Танзании умерла от неизвестной болезни

Как по фамилии узнать происхождение своего рода

Корабль инопланетян рухнул на Луну

Коровы прогневили Богов викингов

Люди ощущают действие гравитации в лице времени

Некоторых вымерших животных воскресят в ближайшее время

Перечислили самые жуткие страхи

Пришельцы попадают на Землю через черные дыры

Проклятый день. Почему люди боятся пятницу 13-е

Сестра Лох-Несского чудовища замечена в Китае

Трамп объяснил оранжевый цвет своего лица

Трупы способны самостоятельно двигаться

Увеличилось число 100-летних россиян

Умная техника шпионит за хозяевами

ФБР раскрыла имя одного из подозреваемых по делу о терактах 11 сентября

Аномальная зона Брэли Понд

Астрологи назвали знаки со сверхъестественными способностями

Биолог предположил, кем была башкирская чупакабра

ВМС США впервые подтвердили аутентичность видео с НЛО

Воссоздали 3D-модель дольменного комплекса под Новороссийском

Гадалка выдумала проклятие клиентке

Два блогера арестованы в Зоне 51

Жителей техасского городка терроризирует загадочная обезьяна

Замок с привидениями в Польше

Инопланетяне существуют и уже посещали нашу планету

Какие существуют теории заговора о теракте 11 сентября

Крупнейшее кладбище заселено агрессивными упырями

Мещёрский Стоунхендж

На пороге преисподней. Кольская сверхглубокая скважина

Найдена способная объяснить парадокс зарождения планет молекула

Нибиру готовит атаку на Землю

НЛО заметили над курортом Кирилловка

НЛО заметили над пирамидой Луны в Теотиуакане

Обнаружили воду на потенциально обитаемой экзопланете

Опубликованы редчайшие фото по делу группы Дятлова

Предложено получать свет из тьмы

Происхождение и поиски жизни

Пророчество Мерлина начало сбываться

Пятница, 13-е. Как избежать неприятностей

Секретное оружие богов. Как Индра поразил ваджрой Вритру

Ученые готовятся выращивать мутантов на поверхности МКС

Учительница превратила класс в Хогвартс

Фантаст восхитился проектом архитекторов Стрелки

Число Фибоначчи. Почему оно так популярно в природе

ЭКО привело к рождению ребенка другой расы

Английский язык - диалект китайского

Биологическое старение удалось обратить вспять

В Солнечную систему вошел загадочный объект

В центре Млечного Пути нашли посылающие сигналы пузыри

Врачи реанимировали пациента после 25-минутной остановки сердца

Жуткое лицо младенца на УЗИ

Кого изображают фигурки людей-ящериц

Конан Дойл и потустороннее

Лицо инопланетянина заметили в кратере Луны

Мертвую чупакабру нашли в Якутии

Места, где можно встретить снежного человека

На пригодной для жизни экзопланете обнаружили водяной пар

Нашли затерянную пещеру с озерами и реками

Необычные облака заметили в Мурманской области

НЛО заметили над Ливингстоном

НЛО пролетел рядом с F-15

Подписка на новости сайта
Наверх
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика