Поиск внеземной жизни может потребовать полного пересмотра подходов, которые ученые используют уже десятилетиями. Новое исследование предлагает отказаться от идеи поиска отдельных «биосигнатур» — веществ, которые могут указывать на существование живых организмов, — и вместо этого анализировать сложные химические закономерности и сочетания признаков. По мнению исследователей, именно такой подход способен значительно повысить шансы обнаружить жизнь на далеких экзопланетах.
Работа отражает важное изменение в современной астробиологии: ученые постепенно приходят к выводу, что жизнь может быть намного разнообразнее, чем предполагалось раньше.
Что такое биосигнатуры
Биосигнатурами называют признаки, которые потенциально могут указывать на существование жизни.
Чаще всего речь идет о:
- химических веществах;
- газах в атмосфере;
- специфических сочетаниях молекул;
- следах биологических процессов.
На Земле многие подобные признаки напрямую связаны с живыми организмами.
Кислород долго считался главным признаком жизни
Одним из самых известных кандидатов на роль биосигнатуры является кислород.
На современной Земле его огромное количество поддерживается благодаря фотосинтезу растений, водорослей и бактерий.
Поэтому ученые долго предполагали, что обнаружение кислорода на другой планете может стать сильным аргументом в пользу существования жизни.
Однако ситуация оказалась значительно сложнее
Современные исследования показывают, что многие вещества могут возникать и без участия живых организмов.
К примеру:
- кислород способен образовываться под действием ультрафиолета;
- метан может выделяться геологическими процессами;
- некоторые газы возникают во время вулканической активности.
Это создает проблему ложных сигналов.
Одна биосигнатура сама по себе может вводить в заблуждение
Даже если астрономы обнаружат определенный газ в атмосфере экзопланеты, этого может оказаться недостаточно.
Для надежного вывода необходимо понимать:
- химический состав атмосферы;
- температуру планеты;
- тип звезды;
- уровень радиации;
- геологическую активность.
Исследователи предлагают искать не отдельные вещества, а паттерны
Главная идея новой работы заключается в том, что жизнь может проявляться через сложные комбинации признаков.
Именно совокупность факторов может оказаться намного важнее, чем наличие какого-то одного газа.
Земля тоже демонстрирует сложный набор признаков жизни
Атмосфера Земли необычна именно благодаря сочетанию веществ.
Например:
- кислород;
- метан;
- водяной пар;
- азот;
- углекислый газ
существуют одновременно в состоянии, которое трудно объяснить без постоянной биологической активности.
Жизнь создает химический дисбаланс
Один из ключевых признаков биологии — поддержание неравновесного состояния среды.
На неживой планете химические процессы обычно постепенно приходят к стабильности.
Живые организмы, наоборот, постоянно изменяют окружающую среду.
Земная атмосфера далека от химического равновесия
Например, кислород и метан быстро реагируют друг с другом.
Если бы жизнь на Земле исчезла, концентрация метана постепенно упала бы.
Однако биологические процессы непрерывно пополняют его запасы.
Именно подобные сочетания особенно интересуют астробиологов.
Новый подход ближе к реальной сложности природы
Авторы исследования считают, что поиск одного универсального признака жизни может быть ошибочной стратегией.
Жизнь — чрезвычайно сложное явление.
Поэтому и ее следы, вероятно, тоже должны быть сложными.
Ученые опасаются «земного мышления»
Большинство представлений о биосигнатурах основано только на одном примере жизни — земном.
Однако внеземная биология может сильно отличаться.
Это означает, что:
- другие организмы могут использовать иную химию;
- атмосферы живых миров могут выглядеть непривычно;
- некоторые признаки жизни мы пока вообще не умеем распознавать.
Поиск паттернов позволяет расширить круг возможных миров
Если ориентироваться только на кислородоподобные сигналы, можно пропустить совершенно иные формы биологической активности.
Новый подход пытается избежать этой проблемы.
Современные телескопы уже способны изучать атмосферы экзопланет
Во время прохождения планеты перед звездой часть света проходит через ее атмосферу.
Разные вещества поглощают определенные длины волн.
По этим особенностям астрономы определяют состав атмосферы.
James Webb значительно расширил возможности астробиологии
Космический телескоп James Webb способен анализировать атмосферу некоторых экзопланет с высокой точностью.
Он уже исследует:
- водяной пар;
- углекислый газ;
- метан;
- сернистые соединения;
- температурные особенности атмосфер.
Однако даже Webb имеет ограничения
Большинство экзопланет находятся на огромных расстояниях.
Сигналы их атмосфер чрезвычайно слабые.
Кроме того:
- атмосферы могут быть закрыты облаками;
- звездная активность мешает наблюдениям;
- спектры часто оказываются неоднозначными.
Именно поэтому важна статистика признаков
Новый подход предполагает анализ множества взаимосвязанных параметров.
Это может включать:
- комбинации газов;
- нестабильные химические состояния;
- сезонные изменения;
- взаимодействие атмосферы и поверхности;
- влияние океанов и климата.
Искусственный интеллект может сыграть важную роль
Сложные паттерны трудно искать вручную.
Поэтому исследователи рассчитывают использовать машинное обучение для анализа огромных массивов данных.
ИИ способен:
- выявлять скрытые закономерности;
- сравнивать модели;
- искать необычные комбинации признаков;
- анализировать сложные спектры атмосфер.
Поиск жизни становится междисциплинарной задачей
Сегодня астробиология объединяет:
- астрономию;
- биологию;
- химию;
- геологию;
- климатологию;
- информатику.
Для понимания потенциально обитаемых миров требуется учитывать огромное количество факторов.
Некоторые ученые предлагают искать даже «техносигнатуры»
Помимо биосигнатур обсуждаются признаки технологических цивилизаций.
Это могут быть:
- необычные радиосигналы;
- искусственное освещение;
- промышленные загрязнения атмосферы;
- следы мегаструктур.
Однако пока никаких подтвержденных техносигнатур обнаружено не было.
Экзопланеты оказались гораздо разнообразнее, чем ожидалось
За последние десятилетия астрономы обнаружили тысячи планет у других звезд.
Среди них:
- раскаленные газовые гиганты;
- океанические миры;
- суперземли;
- ледяные планеты;
- системы с несколькими солнцами.
Это показывает, что Вселенная намного разнообразнее ранних представлений.
Некоторые миры могут быть лишь частично пригодны для жизни
Современные модели предполагают существование:
- планет с локальными океанами;
- миров с экстремальным климатом;
- ледяных тел с подповерхностной водой;
- планет с необычной атмосферой.
Жизнь в таких условиях может оставлять непривычные химические следы.
Даже в Солнечной системе остаются перспективные объекты
Астробиологи активно изучают:
- Европу;
- Энцелад;
- Титан;
- Марс.
На некоторых из этих миров могут существовать условия, пригодные для микробной жизни.
Главная проблема поиска жизни — отсутствие второго примера
Человечество пока знает только одну биосферу — земную.
Из-за этого ученым трудно понять, какие признаки действительно универсальны.
Новая стратегия делает поиск более гибким
Авторы исследования считают, что вместо поиска «идеального маркера жизни» необходимо анализировать общую картину мира.
Подобный подход ближе к реальной сложности планетных систем.
В ближайшие десятилетия астробиология может резко продвинуться вперед
Будущие телескопы позволят изучать атмосферы экзопланет намного подробнее.
Среди наиболее важных проектов:
- Habitable Worlds Observatory;
- Extremely Large Telescope;
- Giant Magellan Telescope.
Ученые постепенно меняют саму философию поиска жизни
Раньше исследователи надеялись найти один убедительный признак.
Теперь становится ясно, что жизнь, вероятно, придется распознавать по сложной совокупности взаимосвязанных характеристик.
Именно поэтому поиск внеземной биологии все больше напоминает не поиск одного сигнала, а попытку понять целостную «экологию» далекого мира.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
