Воображаемая жизнь. Путешествие в поисках разумных инопланетян, ледяных существ и супергравитационных животных

Возьмем, например, Землю: наличие на планете жизни оказывает огромное влияние на химический состав ее атмосферы. Фактически, из многих сотен известных атмосферных газов лишь немногие не подверглись влиянию живых существ. Гелий, например, составляющий около одного процента состава атмосферы, возник еще в ходе Большого взрыва. Аргон присутствует на Земле в еще меньших количествах – он образуется при радиоактивном распаде калия в глубине земных недр. Прочие же атмосферные газы образуются, разрушаются или изменяют свой состав под воздействием биологических факторов.

Кислород, которым мы дышим, получается вследствие фотосинтеза; растения при участии солнечного света преобразуют воду и диоксид углерода в углеводороды. Солнечный ультрафиолет разрушает продуцируемый растениями молекулярный кислород – пару атомов кислорода, крепко связанных друг с другом, – на отдельные атомы, а те, реагируя с молекулярным кислородом, образуют озон (O₃). Во время процессов дыхания и разложения организмов образуется диоксид углерода, иначе называемый углекислым газом, – происходит процесс, обратный фотосинтезу. Ряд газов, например сероводород, является продуктом жизнедеятельности сине‐зеленых водорослей. Определенные виды бактерий, как уже говорилось выше, выделяют метан. В составе земной атмосферы видимо‐невидимо следов наличия жизни на ней. Мы называем эти следы биологического происхождения химическими маркерами или биологическими признаками наличия жизни на Земле.

Можно подумать, что было бы несложно, пользуясь спектроскопическими методами, поискать подобные химические вещества в атмосферах экзопланет и по их наличию определить, есть ли там жизнь. Но на этом пути нас ожидает целых три проблемы.

Первая из них заключается в том, что экзопланеты – невероятно слабые источники света. Мы можем наблюдать их лишь потому, что они отражают свет своих материнских звезд. Увидеть отраженный планетой свет на тех расстояниях, которые отделяют нас даже от ближайших к нашей системе звезд, фантастически трудно. Тем не менее в последние годы астрономы сумели исследовать излучение многих экзопланет, используя высокочувствительные приемники и сложные методы наблюдений. Наилучшие результаты дал следующий способ: сначала мы измеряем характеристики света материнской звезды, когда планета полностью скрывается за ней, а затем измеряем их суммарное излучение, когда экзопланета находится перед своей звездой. После чего вычитаем первое измерение из последнего и получаем характеристики, описывающие свет самой экзопланеты, – ее спектр.

Вторая проблема – распознать маркеры наличия конкретных молекул в спектре экзопланеты. Как уже было сказано, каждый элемент и каждая молекула имеет уникальный световой «отпечаток». Но чаще всего уникальная часть спектра, по которой идентифицируется тот или иной биомаркер, составляет крайне малую часть общего спектра экзопланеты. Это значит, что нам необходимо получить от экзопланеты как можно больше света, для чего обычно требуются гигантские телескопы.

Третья проблема сложнее двух предыдущих. Как нам понять, какие именно биомаркеры действительно будут свидетельством того, что на экзопланете есть жизнь? Как мы уже говорили, большинство газов в земной атмосфере возникает или изменяется под воздействием живых организмов. Казалось бы, чтобы обнаружить признаки жизни в атмосферах планет, вращающихся вокруг далеких звезд, надо просто поискать в этих атмосферах такие же газы. Но это, опять‐таки, далеко не так просто, как кажется.

Проблема в том, что практически каждая молекула в атмосфере Земли, которую мы считаем биомаркером, может возникнуть и в ходе небиологических процессов. Возьмем, например, кислород. Ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет молекулы воды в атмосфере, высвобождая атомы кислорода, которые могут заново соединяться друг с другом, образуя молекулярный кислород. Поэтому хотя почти весь молекулярный кислород в атмосфере образуется в результате фотосинтеза – но все же не весь. Или, например, метан. Как мы уже говорили, образование метана может происходить множеством способов, и большинство из них не имеет отношения к биологии. То же самое можно сказать и о сероводороде (имеющем характерный запах тухлого яйца): он образуется в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, обитающих на Земле в экстремальных условиях, – но кроме того, он выделяется при различных вулканических процессах. Этот список можно было бы продолжить, но наша мысль уже должна быть понятна: почти у каждой молекулы, которую мы могли бы счесть потенциальным биомаркером, свидетельством наличия жизни на экзопланете, помимо биологического существует и небиологический механизм образования.