Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

В научном сообществе разгорелась жаркая дискуссия: являются ли свидетельства древней жизни, обнаруженные в метеорите ALH 84001, достаточно убедительными? Если коротко, то нет. Хотя структуры и вещества, приводимые в качестве доказательств, и сопровождают некоторые биологические процессы, все они по отдельности могут иметь небиологическую природу150.

В 2000 году в Антарктиде нашли еще один марсианский метеорит – Yamato 000593. В нем также обнаружили структуры, имеющие отношение к биологической жизни, но опять же, каждую из них можно объяснить и геологическими процессами в древних марсианских горячих источниках151. Все это говорит лишь об одном: если вы хотите сделать громкое заявление, вы должны иметь на руках железные доказательства.

Марс на протяжении последних 500 лет был причиной многих научных споров: от обоснования гелиоцентрической картины Коперником до каналов Скиапарелли – Лоуэлла, а затем – таинственных метеоритов и следов метана в атмосфере. Он хитрил, интриговал, возбуждал воображение астрономов. Находящаяся на пике история поиска жизни на Марсе – ее свидетелями являемся и мы сегодня – показывает, как трудно добыть доказательства существования внеземной жизни, которые убедили бы всех.

Автоматические лаборатории на марсоходах и упавшие на Землю марсианские метеориты позволяют увидеть только часть головоломки. Для того чтобы окончательно ответить на вопросы о существовании жизни на Красной планете, необходимо доставить марсианский грунт на Землю и уже здесь самым тщательным образом его исследовать. Такие планы уже есть. Ожидается, что новый марсоход Perseverance, который уже летит к Марсу, поместит добытые им образцы марсианской породы в герметичные пробирки и оставит их на поверхности. Примерно в 2026 году, согласно предварительным договоренностям, должна стартовать объединенная миссия ЕКА и NASA, которая доставит эти образцы на Землю, – что и вовсе произойдет не раньше 2032 года.

* * *

Стартовав с Земли в октябре 1989 года, аппарат «Галилео» направился прямиком к Венере, ускорился в ее гравитационном поле, затем два раза обернулся вокруг Земли и только потом полетел к Юпитеру. Эти гравитационные маневры помогли существенно сэкономить топливо, хоть и увеличили время в пути. В ходе первого облета Земли на расстоянии около двух миллионов километров «Галилео» направил все свои приборы на нашу планету, чтобы посмотреть на нее как на инопланетный мир. Что мы смогли бы сказать об условиях на поверхности Земли? Распознали бы, что на этой планете есть жизнь? Эти эксперименты предложил и спланировал Карл Саган, задавшись вопросом, легко ли обнаружить жизнь на Земле из космоса. Основная идея состояла в том, что метаболизм живых существ меняет физико-химические характеристики планеты уникальным образом.

В 1993 году Саган и его коллеги опубликовали в Nature статью, посвященную этому вопросу152. Они писали, что «Галилео» обнаружил явные свидетельства обитаемости нашей планеты – мы бы сейчас назвали их биомаркерами. В их числе сильное поглощение света в красной области видимого спектра (за что ответственен хлорофилл в растениях), спектральные признаки присутствия молекулярного кислорода в атмосфере, инфракрасные спектральные линии, вызванные метаном в атмосфере, а также модулированные узкополосные радиопередачи определенно искусственного происхождения.

Облет нашей планеты «Галилео» был только первой частью запланированного эксперимента. Тогда как Земля полна жизнью, Луна, мы точно знаем, абсолютно безжизненна. Вторая часть эксперимента заключалась в том, чтобы исследовать Луну и попытаться найти на ней ложные свидетельства жизни. В 1992 году, совершая облет вокруг Луны, «Галилео» никаких доказательств жизни на Луне не обнаружил. Конечно, это вселяло надежду на то, что обитаемые планеты можно однозначно идентифицировать. Однако Вселенная опять оказалась не так проста.

Начать поиск экзопланет, пригодных для жизни, следует с составления каталога потенциально обитаемых экзопланет. К сожалению, мы не сможем учесть в этом каталоге спутники экзопланет. Когда пишутся эти строки, ни одной подтвержденной экзолуны еще не обнаружено.

Первоначальная оценка того, принадлежит ли планета к числу потенциально обитаемых, может быть сделана на основе значений ее массы и радиуса, типа родительской звезды и расстояния до нее. Если мы нашли каменистую планету, расположенную в зоне обитаемости, двигаемся дальше. Следующий шаг – определение состава атмосферы экзопланеты, чтобы понять, способна ли она поддерживать на своей поверхности воду в жидкой форме. На сегодняшнем этапе развития измерительной техники мы только-только подобрались к изучению экзопланетных атмосфер. Но если в будущем мы узнаем, что та или иная экзопланета способна поддерживать устойчивые резервуары с жидкой водой, это тоже не будет железным доказательством существования там жизни.

Надежным свидетельством наличия жизни, хотя и не стопроцентным, могут стать биомаркеры в атмосферах экзопланет и на их поверхностях. Безусловно, чем обильнее и многообразнее жизнь, тем сильнее ее влияние на планету, так что о чем более немногочисленной жизни идет речь, тем сложнее распознать ее следы из космоса. Но и отсутствие биомаркеров – не доказательство отсутствия жизни153.

В астробиологических исследованиях наиболее часто упоминается молекулярный кислород и его фотохимический продукт озон как один из лучших биомаркеров. Кислород – второй по массе газ в современной атмосфере Земли, он должен быть хорошо заметен в спектре планеты и, самое главное, практически весь производится фотосинтезирующими организмами. Но этот, казалось бы, идеальный биомаркер присутствует в атмосфере Земли в каких-либо заметных количествах лишь малую часть времени ее существования. После «кислородной катастрофы» на протяжении около 2 миллиардов лет он оставался на относительно низком уровне (даже меньше 1 % массы154), что делало его не самым легко обнаружимым газом в атмосфере. Также он может образовываться в результате некоторых не связанных с биологическими агентами реакций, например при разрушении ультрафиолетовым излучением молекул воды или углекислого газа. На Земле это происходит с очень низкой скоростью, поэтому богатая кислородом атмосфера не создается. Но на других планетах, если поверхностные условия на них и характеристики звезды способствуют фотолизу[86] углекислого газа, богатая кислородом атмосфера может появиться и без участия каких-либо живых организмов155.

Другой газ, присутствие которого часто рассматривается как биомаркер, – метан. Еще Карл Саган отмечал, что метан, в силу практически полного органического происхождения в условиях Земли, служит одним из свидетельств обитаемости нашей планеты. На Земле от 90 до 95 % метана имеет биологическое происхождение156, а оставшееся количество образуется в ходе различных геологических процессов (например, в срединно-океанических хребтах в результате химических реакций минералов с водой157). На том же Титане, на котором вряд ли удастся найти жизнь, похожую на земную, присутствуют абиогенные источники метана, которые не позволяют этому газу исчезнуть из атмосферы вот уже миллиарды лет.