В последние десятилетия астрономы накопили богатую базу данных о экзопланетах — планетах за пределами Солнечной системы. На сегодняшний день известно более 6000 таких миров, и одной из ключевых задач современной астрономии является поиск биосигнатур — признаков возможной жизни в их атмосферах. Анализ того, какие молекулы содержатся в атмосферах этих планет, становится важным методом в решении вопроса о том, является ли Земля уникальным носителем жизни во Вселенной.
Как атмосфера может «рассказать» о жизни
Каждое химическое соединение обладает уникальным спектром поглощения света — своего рода штрихкодом, который остаётся на проходящем через атмосферу излучении. Когда планета проходит на фоне своей звезды (транзит), часть света проходит через её атмосферу и достигает телескопов на Земле или в космосе. Анализ спектра такого света позволяет определить, какие молекулы присутствуют в атмосфере экзопланеты.
Этот метод называется трансмиттная спектроскопия. Он уже позволил обнаружить в атмосферах ряда экзопланет такие молекулы, как метан (CH₄), углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O).
Долгое время такие наблюдения были возможны только для гигантских планет — похожих на Нептун или крупнее, у которых атмосфера более массивная и спектральные признаки сильнее. Однако современные инструменты, в частности космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), уже показывают, что спектроскопия позволяет регистрировать атмосферные следы все более слабых сигналов.
Проблема поисков биосигнатур
Основная трудность заключается в том, что самый очевидный признак жизни — само наличие жизни — не регистрируется напрямую. Ученые ищут молекулы, которые могут быть продуктом жизнедеятельности, а не просто результатом обычной химии. Например:
- На Земле кислород (O₂) и его продукт — озон (O₃) — являются следствием фотосинтеза растений и других биологических процессов, и они являются сильными биосигнатурами для жителей нашей планеты.
- В 2025 году утверждалось, что в атмосфере экзопланеты K2-18b обнаружен диметил сульфид (DMS) — молекула, которую на Земле производят микроскопические организмы (например, фитопланктон). Если эта молекула действительно присутствует на K2-18b, это могло бы указывать на аналогичные процессы.
Однако повторные проверки и анализы данных показали, что аргументы в пользу DMS остаются спорными: выбор конкретных спектральных линий и методов обработки данных существенно влияет на результат, а альтернативные объяснения могут давать сопоставимые спектры без привлечения биологических источников.
Ограничения текущих наблюдений
Метод трансмиттной спектроскопии работает только в том случае, если мы можем наблюдать планету во время её прохождения перед звездой. Это возможно лишь для небольшой части известных экзопланет, поскольку для этого требуется выгодная ориентация орбиты относительно Земли.
Для землеподобных планет с тонкой атмосферой (если таковые существуют в обитаемых зонах вокруг своих звёзд) задача ещё сложнее: атмосфера тоньше, и спектральные признаки слабее, поэтому прямо сейчас JWST способен лишь редко и с большими трудностями получить такие сигналы.
Будущие миссии и перспективы
Несмотря на сложности, ближайшие годы обещают значительные шаги вперед в поиске биосигнатур:
- PLATO (ESA) — космический телескоп, планируемый к запуску в 2026 году, позволит выявлять планеты, более похожие на Землю, у которых спектроскопические наблюдения могут дать более чёткие результаты.
- NASA Nancy Grace Roman Space Telescope (планируемый к запуску в 2029 году) будет использовать коронографию — метод блокирования света звезды для прямого изучения отражённого света от планеты. Это позволит анализировать атмосферы и отражённый спектр планет, которые раньше были недоступны.
- ESA ARIEL (также на 2029 год) будет специально посвящён спектроскопии атмосфер экзопланет, что значительно расширит статистику подобных измерений.
- NASA Habitable Worlds Observatory (HWO) запланирован для изучения около 25 потенциально обитаемых планет, включая поиск кислорода, других биомолекул и даже признаков растительности (vegetation red edge) в отражённом свете.
Как интерпретировать спектры
Успех поиска биосигнатур зависит не только от наличия оборудования, но и от тонкостей обработки и интерпретации данных. Известно, что одни и те же спектральные данные могут быть проанализированы разными способами, приводя к разным выводам о присутствии тех или иных молекул. Поэтому астрономы разрабатывают стандартизированные методы анализа, чтобы максимизировать достоверность обнаружения.
Кроме того, важно учитывать, что не все молекулы, ассоциируемые с жизнью на Земле, обязательно будут признаком жизни в других мирах: возможны абиотические процессы, формирующие сходные наборы газов. Поэтому подтверждение биосигнатуры требует высокой статистической достоверности и множественных линий доказательств.
Заключение
Поиск признаков жизни в атмосферах далёких планет — это междисциплинарная задача, которая сочетает в себе астрофизику, спектроскопию, атмосферную химию и биологию. Благодаря современным инструментам, таким как JWST, и будущим миссиям, учёные теперь способны собирать и анализировать атмосферные спектры экзопланет и искать химические сигнатуры, которые могли бы указывать на наличие живых процессов. Это приближает человечество к ответу на один из фундаментальных вопросов: является ли Земля уникальной в своей способности поддерживать жизнь?
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
