Как узнать, есть ли жизнь на Земле? Я обнаружил этот смелый эксперимент

Все началось так, как начинаются многие открытия, с пробуждения любопытства в глубине чьего-то сознания. Этим человеком был астроном и информатор Карл Саган. Больше всего интересовала траектория космического корабля НАСА «Галилео», который был запущен в октябре 1989 года и первым вышел на орбиту Юпитера. Результатом стала статья в природа На этой неделе 30 лет назад это изменило взгляды ученых на поиски жизни на других планетах.

Такая возможность появилась благодаря трагической случайности. Почти за четыре года до запуска «Галилео», в январе 1986 года, вскоре после старта взорвался космический челнок «Челленджер», в результате чего погибли семь человек. НАСА отменило свои планы по быстрой отправке Галилея к Юпитеру с использованием ракеты на жидком топливе на борту другого космического корабля. Вместо этого зонд был запущен более мягко, чем орбитальный шаттл, а инженеры миссии запустили его вокруг Венеры и Земли, чтобы он мог получить гравитационные импульсы, которые катапультировали бы его до Юпитера.

8 декабря 1990 года «Галилео» должен был пролететь мимо Земли на высоте всего 960 километров над ее поверхностью. Щекотка превратилась в зуд, который Сагану пришлось почесать. Он разговаривал с НАСА, чтобы направить инструменты космического корабля на нашу планету. Полученная в результате статья называлась «Поиски жизни на Земле с космического корабля Галилео».¹.

Внешний вид

Мы находимся в уникальном положении, позволяющем знать, что жизнь существует на Земле. Использовать наш дом, чтобы проверить, сможем ли мы различить это на расстоянии, было необычным предложением в то время, когда очень мало было известно об окружающей среде, в которой могла процветать жизнь. «Это похоже на научно-фантастическую историю, завернутую в исследовательскую работу», — говорит Дэвид Гринспун, главный научный сотрудник по стратегии астробиологии в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. «Давайте представим, что мы впервые видим Землю».

Это произошло в то время, когда поиски жизни в других частях Солнечной системы пошли на убыль. Американские и советские роботизированные миссии в 1960-х и 1970-х годах показали, что Венера, которая когда-то считалась убежищем для инопланетных организмов, была чрезвычайно горячей под густыми облаками углекислого газа. Марс, усеянный «оросительными каналами», задуманными воображением астрономов²Это казалось бесплодной землей. В 1990 году еще никто не знал о скрытых океанах, лежащих на спутнике Юпитера Европе, и это открытие сделал Галилей.³ — Или на спутнике Сатурна Энцеладе, который сейчас рассматривается как потенциальная колыбель внеземной жизни.

Что еще более важно, Саган и его сотрудники сознательно придерживались агностического подхода к обнаружению жизни, говорит астробиолог Лиза Калтенеггер, возглавляющая Институт Карла Сагана при Корнелльском университете в Итаке, Нью-Йорк. «Конечно, он хочет найти жизнь, как и все ученые», — говорит она. «Но он говорит: «Давайте возьмем это желание и будем более осторожными, потому что мы хотим его найти». Существование жизни, как писала статья, было «гипотезой последней инстанции» для объяснения того, что наблюдал Галилей.

Но даже несмотря на эту завесу сомнений, космическому кораблю удалось это осуществить. На изображениях Австралии и Антарктиды с высоким разрешением, полученных во время полета Галилея над головой, не было обнаружено никаких признаков цивилизации. Однако Галилей измерил кислород и метан в атмосфере Земли, и последний составил соотношения, указывающие на дисбаланс, вызванный живыми организмами. Он обнаружил резкий наклон инфракрасного спектра солнечного света, отражающегося от планеты, отчетливый «красный край», который указывает на наличие растительности. Он уловил радиопередачу, идущую с поверхности, и отредактировал ее, как если бы она была спроектирована. «Можно привести веские доказательства того, что сигналы генерируются разумной формой жизни на Земле», — дерзко написала команда Сагана.

Сильный контроль

Карл Земляс, ныне главный редактор журнала Physical Sciences в природаОн пришел в газету в качестве младшего редактора. Он говорит, что это до сих пор один из его любимых журналов, и один из самых труднодоступных. Редакционная статья была одобрена далеко не единогласно, поскольку в ней не содержалось четкого описания чего-либо нового. Но, по мнению Зимлиса, это не имело никакого значения. «Это был невероятно мощный эксперимент по контролю над чем-то, что в то время не было в поле зрения многих людей», — говорит он.

«Несмотря на то, что ответ был известен, он глубоко изменил наше представление об ответе», — говорит Калтенеггер. Только сделав шаг назад и взглянув на Землю как на планету, похожую на любую другую (возможно, на которой есть жизнь, а возможно, и нет), исследователи смогут получить реальное представление о нашем месте во Вселенной и о возможности существования жизни где-то еще, говорит она.

Это приобретает новое значение, учитывая события, произошедшие после полета Галилея. В 1990 году не было известно, что на орбите других звезд, кроме Солнца, существует какая-либо планета. Прошло еще два года, прежде чем астрономы окончательно объявили о первой «экзопланете», вращающейся вокруг вращающейся мертвой звезды, известной как пульсар.⁴И еще три года, прежде чем они были найдены⁵ Первый вращается вокруг звезды, похожей на Солнце, 51 Пегаса. Сегодня ученым известно более 5500 экзопланет, некоторые из которых напоминают что-либо в Солнечной системе. Они варьируются от «суперземель» со странной геологией и «мини-Нептунов» с газовой атмосферой до «горячих Юпитеров», массивных планет, вращающихся вокруг своих пылающих звезд.

Когда Саган и его коллеги направили Галилея на Землю, они изобрели научную основу для поиска признаков жизни в этих других мирах, структуру, которая с тех пор пронизывает все поиски таких биосигнатур. Калтенеггер до сих пор дает работу Сагана своим ученикам, чтобы показать им, как это сделать. Жизнь — это последний вывод, а не первый, который можно сделать, увидев что-то необычное на другой планете, говорит она им. Экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств.

Правильный микс для жизни

Этот урок очень актуален сегодня, поскольку ученые стоят на пороге потенциально революционных и, возможно, глубоко тревожных открытий, сделанных мощным космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Телескоп только что начал дистанционное исследование атмосфер десятков экзопланет в поисках того же химического дисбаланса, который Галилей наблюдал в атмосфере Земли. Они уже начинают обнаруживать первые намеки на биосигнатуры, которые могут сбить с толку ученых и общественность.

Например, космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил метан в атмосфере как минимум одной планеты. Этот газ является явным признаком жизни на Земле, но он также может исходить из вулканов и не требует жизни для существования. Кислород привлекает внимание ученых, поскольку большая часть его генерируется жизнью на Земле, но он также может образовываться в результате расщепления света молекул воды или углекислого газа. Поиск правильной смеси метана и кислорода может указывать на существование жизни на другой планете, но этот мир должен быть расположен в умеренном регионе, не слишком жарком и не слишком холодном. По словам Калтенеггера, получить правильное сочетание ингредиентов, поддерживающих жизнь, в благоприятной для жизни среде сложно.

То же самое относится и к другой интересной смеси атмосферных газов. Буквально в прошлом месяце астрономы, изучающие данные космического телескопа Джеймса Уэбба, сообщили об обнаружении метана и углекислого газа в атмосфере большой экзопланеты под названием K2-18 b. Они предположили, что на поверхности планеты могут быть водные океаны, и намекнули на загадочные открытия диметилсульфида, соединения, которое поступает на Землю из фитопланктона и других организмов.⁶.

Заголовки разошлись, поскольку в новостях сообщалось о возможных признаках жизни на К2-18 b. Не говоря уже о том, что о присутствии диметилсульфида сообщалось с низкой достоверностью и требует дальнейшей проверки. Кроме того, на этой планете практически не обнаружено воды. Даже если вода существует, она может находиться в океане настолько глубоком, что подавляет всю геологическую деятельность, которая могла бы поддерживать умеренную атмосферу.

Сбор доказательств

Такие проблемы побудили Джима Грина, бывшего главного ученого НАСА, предложить в 2021 году структуру сообщения о доказательствах внеземной жизни.⁷. Например, прогрессивная шкала от одного до семи может помочь передать уровень доказательств существования жизни в конкретном открытии, говорит он. Возможно, у вас есть сигнал, вызванный биологической активностью, которая была бы просто галочкой на шкале. Вам нужно будет выполнить еще несколько шагов, таких как исключение загрязнения и получение независимых доказательств силы этого сигнала, прежде чем вы сможете добраться до уровня 7 и продемонстрировать истинное обнаружение внеземной жизни.

Это может занять много времени. Телескоп мог бы учуять интересную молекулу, и ученые могли бы спорить об этом. Для определения контекста наблюдения может быть построен еще один телескоп. Каждый кирпичик доказательств должен наслаиваться на другой, каждый слой раствора смешивается с аргументами, сомнениями и агностицизмом многих, многих ученых. Это при условии, что жизнь в другом мире аналогична жизни на Земле, и именно это предположение лежит в основе выводов, сделанных на основе наблюдений Галилея. «Неопределенность может длиться годами или десятилетиями», — говорит Гринспан. Сагану, умершему в 1996 году, это бы понравилось.

В том же году, когда Галилей наблюдал Землю, Саган убедил НАСА направить другой космический корабль в направлении, которое агентство не планировало. Когда «Вояджер-1» пролетел мимо Нептуна на пути из Солнечной системы, он повернул свои камеры обратно к Земле и сделал снимок маленькой точки, сияющей в солнечном луче. Это было Изображение знаменитой бледно-голубой точки Это вдохновило Сагана на размышления в его книге 1994 года. Бледно-голубая точка: «Это здесь. Это дом. Это мы».

Этот яркий, хрупкий пиксель изменил представление человечества о своем месте во Вселенной. То же самое можно сказать и об использовании Галилеем поиска жизни на Земле, говорит Калтенеггер: «Вот как мы можем использовать нашу бледно-голубую точку, чтобы предоставить модель для поиска жизни на других планетах».