Поиск жизни за пределами Земли считается одной из главных научных задач XXI века. В ближайшие десятилетия астрономы рассчитывают получить данные о десятках потенциально обитаемых экзопланет с помощью новых космических телескопов и наземных обсерваторий. Многие специалисты надеются, что человечество впервые обнаружит убедительные признаки существования жизни на других мирах.
Однако новое исследование показывает, что главная проблема может заключаться вовсе не в недостатке технологий. Даже если будущие телескопы обнаружат возможные биосигнатуры — химические следы деятельности живых организмов — статистически доказать их биологическое происхождение может оказаться гораздо сложнее, чем предполагалось ранее. Некоторые расчёты показывают, что для получения действительно убедительных доказательств потребуются объёмы данных, которые современная астрономия не сможет собрать ещё очень долгое время.
Поиск жизни выходит на новый уровень
За последние три десятилетия астрономы подтвердили существование более шести тысяч экзопланет. Среди них обнаружены газовые гиганты, ледяные миры, суперземли и планеты, находящиеся в так называемой зоне обитаемости своих звёзд. Именно такие объекты считаются наиболее перспективными кандидатами для поиска жизни.
Современные телескопы уже способны исследовать атмосферы некоторых экзопланет. Учёные анализируют спектр света, проходящего через атмосферу планеты, и определяют содержащиеся в ней вещества.
Особый интерес вызывают так называемые биосигнатуры — химические соединения, которые на Земле часто связаны с деятельностью живых организмов. К ним относятся кислород, озон, метан и некоторые другие вещества.
Если подобные соединения будут обнаружены одновременно и в определённых соотношениях, это может указывать на существование жизни. Однако здесь возникает серьёзная проблема.
Главный враг астробиологов — ложные сигналы
История науки показывает, что исследователи неоднократно принимали природные явления за возможные признаки жизни.
В конце XIX века астрономы сообщали о загадочных «каналах» на Марсе. Позже выяснилось, что они являлись оптической иллюзией. Уже в XXI веке большой интерес вызвали сообщения о присутствии фосфина в атмосфере Венеры. Первоначально это вещество рассматривалось как потенциальный биомаркер, однако последующие исследования показали, что ситуация значительно сложнее и однозначных выводов делать нельзя.
Подобные случаи называют ложноположительными результатами. Учёные фиксируют необычный сигнал, который кажется признаком жизни, но позже находят его естественное объяснение.
Проблема заключается в том, что природа постоянно преподносит сюрпризы. На других планетах могут существовать неизвестные химические процессы, которые способны имитировать следы биологической активности.
Именно эти неизвестные механизмы представляют особую опасность для статистических методов анализа.
Неизвестные неизвестности
Авторы нового исследования обращают внимание на концепцию, которую статистики называют «неизвестными неизвестностями».
В обычных научных расчётах исследователи учитывают известные источники ошибок. Но существуют факторы, о которых учёные пока даже не подозревают.
Когда речь идёт о поиске жизни, таких факторов может быть очень много. Например, на далёкой экзопланете может происходить редкая химическая реакция, способная производить вещества, которые на Земле считаются надёжными биомаркерами. До тех пор пока астрономы не знают о существовании такого механизма, они не могут учесть его в своих моделях.
Это создаёт серьёзную статистическую проблему. Даже если наблюдения выглядят очень убедительно, всегда остаётся вероятность, что обнаруженный сигнал имеет неизвестное небиологическое происхождение.
Почему одной находки недостаточно
На первый взгляд решение кажется очевидным: нужно найти больше планет с одинаковыми признаками жизни.
Однако статистика работает не так просто.
В современной науке широко применяется байесовский подход, позволяющий оценивать вероятность различных объяснений наблюдаемых данных. Когда вероятность возникновения неизвестных ложных сигналов не определена, в расчётах приходится использовать крайне широкий диапазон возможных значений.
В результате требования к объёму наблюдений становятся колоссальными.
Согласно расчётам, приведённым в исследовании, для получения действительно сильных статистических доказательств существования жизни может потребоваться анализ от примерно 12 тысяч до десятков триллионов планет с одинаковыми биосигнатурами. Диапазон столь велик именно потому, что неизвестно, насколько часто могут возникать неизвестные ложные сигналы.
Для сравнения: сегодня человечество знает немногим более шести тысяч подтверждённых экзопланет.
Даже самые амбициозные космические проекты ближайших десятилетий смогут подробно исследовать лишь несколько десятков потенциально обитаемых миров.
Новые телескопы не решат проблему полностью
В настоящее время разрабатываются проекты нового поколения космических обсерваторий, предназначенных специально для поиска биосигнатур.
Ожидается, что такие инструменты смогут изучать атмосферы землеподобных планет с беспрецедентной точностью. Они будут искать кислород, метан, водяной пар и другие потенциальные признаки жизни.
Однако новое исследование показывает, что даже успешное обнаружение биосигнатур может не привести к немедленному научному прорыву.
Учёные смогут говорить о сильных свидетельствах существования жизни, но не обязательно о её окончательном доказательстве. Для этого потребуется гораздо более надёжная статистическая база.
Фактически астробиология сталкивается с фундаментальным ограничением, связанным не с техникой, а с особенностями научного метода.
Возможный выход из тупика
Авторы работы предлагают потенциальный способ уменьшить влияние неизвестных факторов.
Идея заключается в сравнении двух групп экзопланет, которые обладают одинаковой вероятностью возникновения ложных сигналов, но различаются по некоторым ключевым характеристикам. В таком случае влияние неизвестных процессов может частично компенсироваться, а сравнение станет более надёжным.
Однако реализовать такую стратегию чрезвычайно сложно.
Для этого необходимо заранее понимать, какие параметры планет влияют на возникновение жизни, а какие не имеют значения. Пока наука не располагает подобной информацией.
Кроме того, найти две большие группы планет с идеально сопоставимыми условиями будет крайне непросто.
Есть и другая опасность — пропустить настоящую жизнь
Интересно, что параллельно в научном сообществе обсуждается противоположная проблема.
Если исследователи слишком сильно сосредоточатся на борьбе с ложноположительными результатами, они могут начать игнорировать реальные признаки жизни. Некоторые специалисты уже предупреждают, что чрезмерная осторожность способна привести к росту числа ложноотрицательных результатов, когда существующая жизнь остаётся незамеченной.
Получается своеобразный научный парадокс. С одной стороны, нельзя принимать любой необычный сигнал за доказательство существования инопланетных организмов. С другой — чрезмерный скептицизм может помешать распознать настоящие биосигнатуры.
Что это означает для будущего поиска жизни
Новое исследование не означает, что обнаружение жизни за пределами Земли невозможно. Напротив, астрономы продолжают совершенствовать методы наблюдений и получать всё более качественные данные.
Однако работа показывает, насколько сложной является задача научного доказательства. Найти потенциальный признак жизни и убедительно доказать его биологическое происхождение — это далеко не одно и то же.
В ближайшие десятилетия человечество, вероятно, сможет обнаружить множество интригующих сигналов на экзопланетах. Некоторые из них могут оказаться действительно связанными с жизнью. Но окончательное подтверждение потребует не только новых телескопов, но и разработки принципиально новых статистических подходов.
По сути, астробиология вступает в новую эпоху. Главным вызовом становится уже не поиск подходящих миров, а умение правильно интерпретировать полученные данные. И возможно, решающую роль в будущем открытии внеземной жизни сыграют не только астрономы и биологи, но и специалисты по статистике, которые помогут отделить реальные признаки жизни от многочисленных космических иллюзий.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
