Публикуем перевод лекции астрофизика Дидье Келоса о поисках жизни на Марсе, Проксиме Центавра и важности кислорода

Мы ищем экзопланеты с целью понять cолнечную систему, но на самом деле мы преследуем другую цель — понять жизнь. Жизнь на Земле — это поистине невероятное явление. На данный момент мы не имеем доказательств наличия жизни на других планетах нашей системы. Может быть, все изменится, может быть, мы найдем что-нибудь на Марсе, а может быть, и на Энцеладе или Титане, кто знает. Это любопытно. Но мы все еще не можем быть уверены в том, что если мы найдем жизнь на других планетах, она окажется такой же как и на Земле. Несколько марсианских метеоритов оказалось на нашей планете, Земля отправляет на Марс что-то свое. Жизнь понемногу кочует по солнечной системе. Вопрос в следующем: как она появилась на Земле и что на самом деле для этого нужно?

Есть доказательства того, что жизнь на Земле зародилась очень рано — вскоре после формирования планеты, примерно миллиард лет спустя. Это потрясающее число, потому что сейчас нам около 4,6 миллиардов лет. Это возраст как Солнца, так и Земли. Жизнь уже долгое время существует в нашей системе и на Земле. Вопрос в следующем: а что насчёт других планет? Я думаю, что этот вопрос является ключевым, и главная причина всех исследований экзопланет — это поиск ответа на него. Исследования эти посвящены не только разнообразию и формированию планет, но и поиску жизни в других системах.

На Земле есть 20 аминокислот, которые участвуют в создании жизни, но существуют зиллионы различных аминоксилот. Почему именно эти 20? Только эти аминокислоты нужны для зарождения жизни? Могут ли существовать структуры подобные ДНК? Так настолько ли маловероятно появление жизни в целом, а не только на Земле? Что для этого требуется — какие составляющие нужны, какие процессы? Нужна ли вода? Думаю, да. Необходима оптимальная температура? Предполагаю, что да. Но этого недостаточно. Нужна ли для этого луна? Настолько ли луна значимый фактор? Нужен ли Юпитер? Юпитер служит щитом для нас, землян, так как притягивает метеориты и предотвращает падения большого количества космических тел на Землю. Существует даже теория, что после формирования Земли — примерно миллион лет назад — в нашей системе произошло крупномасштабное событие, полностью изменившее структуру планет и ликвидировавшее все метеоритные скопления, которые могли угрожать возникшей на ней жизни. Ответить на все эти вопросы можно посредством наблюдения за другими планетами.

Почему? Потому что во вселенной существует огромное количество планет у других звёзд — с различной температурой, различными условиями, различной атмосферой, различными составляющими, которые можно сравнивать. Ты можешь сказать: «О, хорошо, вот очередная планета, похожая на Землю. Означает ли это, что там есть жизнь? Или нужно что-то еще? Нужна луна, нужно это и то». Это вопрос, на который мы должны ответить.

А ответить на него чрезвычайно трудно. Во-первых, звезды находятся очень далеко — так далеко, что нельзя просто взять и попасть на них. Мы едва можем перемещаться по нашей солнечной системе и запускать ракеты. У нас есть великолепные изображения — мы даже долетели до Плутона и получили снимки его поверхности. Мы не приземлялись, но хотя бы получили фотографии. Это просто. Просто по сравнению с посещением другой звезды. Для света требуется несколько часов, чтобы добраться до границ солнечной системы, а чтобы добраться до ближайшей звезды, ему требуются годы. Ближайшие к нам звезды — это Альфа Центавра и Проксима Центавра, которая стала знаменитой в последнее время. Обе они принадлежат к тройной звездной системе и вращаются друг вокруг друга. Недавно была обнаружена планета у Проксимы Центавры. Все это замечательно, но так далеко! Как можно утверждать, что там есть жизнь? Я думаю, что узнать это можно с помощью астрономии.

Во-первых, можно изучать Землю, даже не находясь на ней. Взять любой орбитальный спутник, который используются для прогнозирования погоды и множества других вещей. Наблюдая и изучая цвет в деталях, мы можем многое узнать. Я имею ввиду, что можно анализировать спектр и получить действительно много информации. Таким образом, астрономы могут исследовать планету, наблюдая за ее атмосферой. Это по-прежнему трудно, но при этом намного легче, чем непосредственно попасть туда. Изучать некоторые из атмосфер проще других. Изучать атмосферу Земли очень сложно, потому что она небольшая (50 километров по отношению к 5000 километрам, которым равна Земля в целом). Это действительно трудно сделать, но возможно. Сделать это в разы проще, чем взять и полететь на другую планету.

Давайте представим, что мы исследуем атмосферу экзопланеты. Что мы ищем? Сначала мы будем искать атмосферу, потому что понятно, что для зарождения жизни нужна атмосфера, либо по крайней мере можно ожидать, что появление жизни приведет к изменениям в атмосфере. Появление жизни на Земле полностью изменило ее атмосферу. Без жизни здесь не было бы кислорода. Возможно, нужно искать что-то похожее на кислород, либо сам кислород. Это поможет выяснить, случилось ли что-то, что изменило атмосферу планеты. Вот к чему стремится астрономия.

Мы можем сделать даже больше, если будем смотреть не только на основные факторы, но и на более редкие элементы. Все дело в деталях. Сначала вы будете смотреть на более простые вещи, но со временем расширите область поисков, станете лучше. Потом можно будет сыграть в интересную игру. Мы можем пойти к химикам, и спросить их: «Можете ли вы воссоздать атмосферу земли в лаборатории? Можете ли создать жизнь в лаборатории?». Это может показаться немного глупым вопросом в наши дни, но в действительности нет ничего невозможного в том, что ученые, начав играть с молекулами, создадут новую жизнь. Они просто могут немного изменить состав, потом ответить на вопрос: «Хорошо, если я получу такой тип жизни, вот чего я ожидаю». И так далее, сравнивая и исследуя, можно прийти к понимаю того, что можно получить что-то вне жизни. Это никогда не станет таким кратким вопросом, типа: «да, это очевидно». В нормальной ситуации, ответ: «Хорошо, имеется достаточная доказательная база и 60 процентов на успех». Спустя некоторое время, став более уверенным, имея больше знаний и зная больше деталей, ты поймешь, что «теперь я лучше, чем думал, шансов еще больше». Мы надеемся на то, что начнется процесс такого типа.

Это сложный и трудный процесс, и для него требуется несколько составляющих. Первое — нам нужна планета. Нам нужна хорошая планета. Нам нужна планета, которая, по нашему мнению, может иметь жизнь. Так, и что же это за планета? Хорошо, мы думаем, что эта планета не должна быть большой (в противном случае на ней не может быть жизни), потому что, если ты получаешь водород, полный газа, ты не можешь оставаться там, тебе нужно смочь сесть туда. Также нам нужна вода. Нам нужна скалистая планета с водой. Может быть, как много воды, так и мало, но она нужна в любом случае.

Далее нужна планета, находящаяся на правильной дистанции от солнца. Существует огромное количество моделей, с помощью которых пытаются выяснить каким должно быть это расстояние. Давайте представим, что мы меняем орбиту Земли и оказываемся за Венерой, что тогда случится? Увеличится температура на Земле. Она увеличится настолько, что выработается огромное количество газа и начнется парниковый эффект. Это глобальное потепление, экстремальное глобальное потепление. Далее все начнет сгорать, и Земля превратится во вторую Венеру.

Если же отдалиться от солнца, первое время все будет также хорошо, но потом на Земле станет очень холодно. Медленно все начнет превращаться в лед, на Земле больше не останется океанов, они замёрзнут. Нам кажется, что без жидкой воды существование жизни станет намного труднее. Таким образом, это расстояние между Венерой и Марсом, перед звездой как Солнце.

Существуют различные виды звезд. Некоторые из звезд очень малы. Чем звезда меньше, тем ниже её температура. Температура нашего солнца около 5,700С ° на поверхности. Если взять маленькие звезды, их называют М-звездами, температура на них опускается до 4,000-3,000, иногда даже до 2,500С ° (это самая холодная звезда, которую можно найти). Таким образом, чем холоднее звезды, тем ближе к ним можно расположиться. На практике, если ты хочешь быть на правильном расстоянии к этим звездам, ты должен находиться ближе. И интересным в этом случае является то, что не придётся делать оборот вокруг такой звезды за 1 год, его можно будет сделать за 5-10, может 20 дней. Именно это происходит с планетой, которая вращается вокруг Проксима Центравры, полный оборот за 11 дней. Звезда очень маленькая.

В результате математических расчетов, становится ясным, что температура подходящая. Эта концепция называется «обитаемая зона». Можно выяснить правильное место расположения по отношению к каждой звезде, потом можно оптимизировать процесс поиска. Можно попытаться сделать вывод, что «если удалось найти планету похожую на Землю, близкую к маленькой звезде, следует искать на ней жизнь. Это хорошее место. Также можно попытаться найти планету чуть дальше, если звезда ярче».

Таким образом, существует огромное количество различных планет и звезд. Придерживаясь того факта, что планета должна быть скалистой, можно понять по её размерам. Мы выяснили, что планеты меньше (1,3 размера Земли) окажутся подходящими. Планета в 3-4 массы Земли также пригодна. Вплоть до Марса. Если вы слишком малы, вы не сможете сохранить атмосферу, так как здесь недостаточно сильна гравитация. Таким образом, наилучший размер где-то между 0,5 и 2-3 массы Земли. Также важная дистанция, которая зависит от размеров звезды.

На данный момент мы в поисках такой цели. Это происходит сегодня, прямо сейчас. Мы обнаруживаем эти планеты. Завтра мы уже будем исследовать их атмосферы, и возможно, получим первые признаки, что-то происходит. В следующие 20-50 лет появиться полностью новая парадигма, так как у людей уже будут доказательства наличия атмосферы на этих планетах. И впервые они смогут сказать, какого вероятность того, что там будет жизнь или нет. Это потрясающе, какого прогресса мы добились за последние 20 лет. Мы пришли от идеи «хорошо, жизнь может существовать где-то еще», к тому, что можем утверждать, возможна ли жизнь на этой планете у этой звезды.

Автор перевода: Vahe Abovyan