Предложен новый рецепт поиска инопланетной жизни

29 Января 2018 в 18:00, Илья Хель 15 592 просмотра 32

Для большинства видов жизни во Вселенной кислород может быть смертельным ядом. Но, как ни странно, это может существенно упростить поиск таковой жизни для астробиологов. Представьте, что вы садитесь в машину времени, которая не только сможет путешествовать на миллиарды лет, но и преодолевать световые голы в космическом пространстве, и все для того, чтобы найти жизнь во Вселенной. С чего бы вы начали поиск? Рекомендации ученых могут вас удивить.

Сперва вы подумаете, что жизнь может быть похожа на знакомую нам земную жизнь: травка, деревья, резвящиеся животные на водопое под голубым небом и желтым солнцем. Но это неверный ход мысли. Астрономы, проводящие перепись планет Млечного Пути, склонны полагать, что большая часть жизни во Вселенной существует на мирах, вращающихся вокруг красных карликовых звезд, которые меньше, но многочисленнее звезд вроде нашего Солнца. Отчасти из-за этого изобилия астрономам приходится изучать их со всей прилежностью. Возьмем, например, красный карлик TRAPPIST-1, который находится всего в 40 световых годах от нас. В 2017 году астрономы обнаружили, что вокруг него вращается по меньшей мере семь похожих на Землю планет. Множество новых обсерваторий – во главе со звездой NASA, космическим телескопом Джеймса Вебба – начнут работу в 2019 году и смогут поближе познакомиться с планетами системы TRAPPIST-1, а также многими другими планетами у красных карликов в поисках жизни.

Между тем, никто не знает наверняка, что вы найдете, посетив один из этих странных миров на своей машине пространства-времени, но если же планета будет похожа на Землю, высока вероятность, что вы найдете микробов, а не привлекательную мегафауну. Исследование, опубликованное 24 января в Science Advances, демонстрирует, что этот любопытный факт может означать для поиска инопланетян. Один из авторов работы Дэвид Катлинг, атмосферный химик из Университета Вашингтона в Сиэтле, вглядывается в историю нашей планеты, чтобы разработать новый рецепт для поиска одноклеточной жизни на далеких мирах в недалеком будущем.

Сейчас на Земле большая часть жизни является микробной, и тщательное чтение ископаемых и геохимических данных планеты показывает, что так было всегда. Организмы вроде животных и растений – а также кислород, который эти растения вырабатывают для того, чтобы животные им дышали, – относительно новые явления, появившиеся за последние полмиллиарда лет. До этого, из четырех миллиардов лет истории Земли, первые два миллиарда лет наша планета провела в роли «илистого мира» под управлением питающихся метаном микробов, для которых кислород был не живительным газом, а смертельным ядом. Развитие фотосинтезирующих цианобактерий определило судьбу следующих двух миллиардов лет, и «метаногеновые» микробы были загнаны в темные места, куда не мог попасть кислород – подземные пещеры, глубокие болота и другие мрачные территории, в которых те обитают до сих пор. Цианобактерии постепенно озеленили нашу планету, медленно наполнили ее атмосферу кислородом и заложили основу для современного мира. Если бы вы посещали нашу планету на своей машине времени все эти годы, то девять раз из десяти вы находили бы только одноклеточную жизнь водоросли, а также рисковали бы задохнуться в бедном кислородом воздухе.


Это создает затруднение для ученых, которые надеются использовать телескоп Джеймса Вебба (а не машину времени) для поиска других миров с жизнью. Молекулы в атмосфере планеты могут поглощать проходящий свет звезд, благодаря чему образуются отпечатки света, которые могут обнаружить астрономы. Обилие кислорода в атмосфере планеты – один из самых очевидных указателей на возможную жизнь, потому что создать его без биологии не очень легко. По мнению астробиологов, этот высоко реактивный газ может быть «биосигнатурой», потому что в больших концентрациях он «выходит из равновесия» с окружающей средой. Кислород, как правило, выпадает из воздуха в виде ржавчины и прочих окислений на металлах, а не держится в газообразном состоянии, поэтому если его много, что-то – возможно, фотосинтезирующая жизнь – должно постоянно его восполнять. Но если брать за пример нашу планету, астробиологи признают, что кислород может быть последним, что они найдут, – генетика говорит, что сложный фотосинтез как процесс выработки кислорода был изобретен цианобактериями как необычное эволюционное новшество, которое было найдено лишь единожды на протяжении длинной истории земной биосферы. Следовательно, любой охотник за жизнью на других планетах будет видеть сквозь линзу телескопа, скорее всего, бескислородную планету. Какие еще биосигнатуры может поискать такой охотник?

В настоящее время лучший способ найти ответ – вернуться в нашу машину времени. Только в этот раз она будет уже виртуальной, компьютерной моделью, которая погружается в недоступные глубины бескислородного прошлого Земли (или настоящего инопланетного мира), исследуя возможную химию газов в атмосфере и океане, которая могла бы иметь место. Используя данные старых пород и другие модели для отбора наилучших предположений о химии окружающей среды Земли три миллиарда лет назад, компьютер может увидеть очевидные дисбалансы – возможные биосигнатуры. Собственно, это и проделал Катлинг, работая с Джошуа Криссансен-Тоттоном и Стефани Олсон из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Их «машина времени» представляет собой численное приближение огромного объема воздуха, запертого в большой прозрачной коробке с открытым океаном у основания коробки; компьютер просто рассчитывает, как содержащиеся в коробке газы будут реагировать и смешиваться с течением времени. В конечном итоге взаимодействующие газы используют всю «свободную энергию» в коробке и достигнут равновесия – когда для реакции потребуется дополнительная энергия извне, будто газировка выдохлась. Сравнивая коктейль выдохшихся газов с оживленной смесью, запертой в коробке изначально, ученые могут точно рассчитать, как и когда атмосфера мира оказалась в равновесии. Этот подход может воспроизвести наиболее очевидный пример атмосферного дисбаланса, который имеется у нашей планеты – наличие кислорода и следов метана. Простая химия показывает, что эти газы не должны сосуществовать долгое время, но на Земле они сосуществуют, что четко дает понять, что что-то на нашей планете дышит и живет. Но для древней Земли без кислорода модель будет демонстрировать совершенно другое поведение.

«Наше исследование дает ответ» на вопрос, как найти аноксическую жизнь на планете земного типа, говорит Катлинг. Большая часть жизни проста — вроде микробов — и большинство планет еще не дошли до стадии насыщенной кислородом атмосферы. Сочетание относительно распространенного диоксида углерода и метана (в отсутствие моноксида углерода) — это биосигнатура такого мира.

Криссансен-Тоттон объясняет более подробно: «Наличие метана и диоксида углерода одновременно — необычное явление, потому что диоксид углерода — это самое окисленное состояние углерода, а метан (состоящий из атома углерода, связанного с четырьмя атомами водорода) — напротив. Произвести две этих экстремальных формы окисления в атмосфере одновременно очень сложно в отсутствие жизни». Твердая планета с океаном и более 0,1% метана в атмосфере должна рассматриваться как потенциально обитаемая планета, считают ученые. И если атмосферный метан достигает уровня 1% и выше, то в данном случае планета будет не «потенциально», а «вероятнее всего» обитаемой.

Джим Кастинг, атмосферный химик из Пенсильванского университета, говорит, что эти результаты «на верном пути», несмотря на то что «идея того, что метан может быть биосигнатурой в аноксидной атмосфере, относительно стара».

Кроме того, Катлинг и его соавторы выяснили, как их метановая сигнатура должна себя проявлять и как отличить ее от неживых источников. По их модели, метан в атмосфере аноксидной планеты земного типа обычно должен реагировать с диоксидом углерода, который все еще витает в воздухе, смешиваться с азотом и водяными парами, проливаясь дождем в виде тяжелого соединения. Дальнейшие расчеты показали, что никакие абиотические (то есть неживые) источники метана на твердой планете не смогут производить достаточно газа, чтобы помешать этому процессу — будь то вулканическая загазованность, химические реакции в глубоководных жерлах и даже падения астероидов. Только живая популяция поедающих метан бактерий может объяснить газ. Что более важно, даже если абиотические источники предоставят достаточно метана, они почти неизбежно произведут много моноксида углерода — газа, который ядовит для животных, но очень любим многими микробами. Вместе, метан и диоксид углерода, в отсутствие моноксида углерода, на твердой планете с океаном вполне могут быть интерпретированы как признак жизни, не зависимой от кислорода.

Это хорошие новости для астрономов. Телескоп Джеймса Вебба с трудом сможет прямо определить наличие кислорода на любой потенциально обитаемой планете, которую увидит в ходе своей миссии. Как ваши глаза могут различать видимый свет, но не видят радио- или рентгеновских лучей, зрение Вебба настроено на инфракрасный спектр — часть спектра, которая идеально подходит для изучения древних звезд и галактик, но плохо справляется с кислородными линиями абсорбции, где они рассеянные и редкие. Некоторые ученые выражают опасения, что поиск жизни придется отложить до появления других, более способных телескопов. Но хотя Вебб не может с легкостью видеть кислород, его инфракрасные глаза могут прекрасно видеть признаки бескислородной жизни. Телескоп способен одновременно обнаруживать метан, диоксид углерода и моноксид углерода в атмосферах некоторых планет возле красных карликовых звезд. Например, в системе TRAPPIST-1.

И все же Вебб вряд ли справится с самой важной частью критериев Катлинга — определением относительного количества каждого газа — и не сможет понять, например, производят ли метан на отдельно взятой планете вулканы или пукающие микробы. Вряд ли Вебб найдет аноксидную биосферу на какой-нибудь планете под красным солнцем.

Важно другое. Жизнь искать важнее, чем кислород.

Предложен новый рецепт поиска инопланетной жизни

32 комментария

  1. Brd

    Мне всё равно интересно, почему ж все так уверены, что набор элементов везде одинаковый...

    • Editor54

      Brd, Так это - водород, гелий, литий и так далее. Эволюция, понимаешь!

    • Добрый ЖУК

      Brd, Потому что ето константа для мира который мы понимаем.

    • pathetic

      Brd, Так и подскажите им как искать жизнь на основе кремния. Делов то.

    • Segabobr1

      Brd, Потому что глупо искать то, о чем не имеешь хоть какого-то представления. Тем более на таком расстоянии по косвенным крупицам. Ищут ту модель жизни, которую видели и в которой точно уверены, что она возможна.

      Когда до Титана, например, доберутся - тогда придет время поиска и на основе других элементов, но надо же с чего-то начинать.

    • prinzip

      Brd, Это звёздный нуклеосинтез сынок. Химию нужно было учить.

      • Segabobr1

        prinzip, Причем тут химия? Процессы, происходящие внутри звезд к химии никакого отношения не имеют. Учись грамотней выпендриваться, сынок.

        • prinzip

          Segabobr1, Да что вы говорите? А где же, по-вашему, формируются основные химические элементы?

          • Segabobr1

            prinzip, Не где, а как. Слияние ядер в плазме звезд - это ядерная физика. Химия там вообще никаким боком рядом не стоит.

            • prinzip

              Segabobr1, Не нужно переворачивать. Ответ был на вопрос "почему ж все так уверены, что набор элементов везде одинаковый". Поэтому и ответ, что химические элементы во всей вселенной одинаковы. Так что прежде чем лезть в дискуссию прочитайте сначала в следующий раз.

  2. Brd

    Вот прилетел к нам камень (метеорит) и опппаа тот же умуамуа и чет новенькое принес на себе, оп прорывы, телепорты, термоЯД... А всего надо было то, частичку "которой нет" это я молчу про возможные комбинации нам известных, иии который раз повторюсь, если нам что либо непонятно, это не значит что вокруг нет "жизни" , и если под наши критерии это не подогнать, это не значит, что ничего нет.

  3. kirfoton

    А как на счёт образований из плазмы ? Возможны ли сложные структуры , а тем более жизнь в высокотемпературной или низкотемпературной плазме ?

    • pathetic

      kirfoton, Согласно определению НАСА, жизнь — самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции. Соответственно жизни в плазме быть не может.

      • Shurin

        pathetic, Интересная мысль, в принципе ведь и Солнце с его невероятно большим числом элементов может оказаться разумным. Только это будет разум совсем другого, нам непостижимого порядка.

  4. pathetic

    Мне вот не совсем понятно, почему ищут у красных карликов. Они же гораздо активнее Солнца. Да и планеты там должны располагаться в приливном захвате (одной стороной к звезде).Только потому что красные карлики живут дольше?

    • prinzip

      pathetic, Чем же активнее? Они в 3 раза менее массивнее чем то же Солнце, температура менее 4000 К (у обычной лампы накаливания в среднем 2500 К), водород в них медленнее сгорает отсюда и их существование до триллионов лет и ещё их больше всего во вселенной.

      • pathetic

        prinzip, "...Красные карлики излучают гигантские вспышки, вследствие которых звезда может удвоить свою яркость в течение нескольких минут. По мере того, как всё больше и больше красных карликов исследовалось на изменчивость, большинство из них были классифицированы в качестве вспыхивающих звёзд. Такие изменения в яркости могут быть очень разрушительными для жизни..."

        Вот почему.

        • prinzip

          pathetic, А что же дальше не процитировали?
          Однако, если планета имеет магнитное поле, то это позволило бы отклонить частицы от атмосферы. И даже медленных вращений приливно захваченных планет (один поворот вокруг оси за время витка вокруг звезды) будет достаточно, чтобы генерировать магнитное поле всё время, пока внутренняя часть планеты остаётся расплавленной.

          • pathetic

            prinzip, А что же вы дальше не процитировали?

            "...Магнитное поле планеты могло бы от части решить эту проблему, становясь барьером для радиации, но у планет с приливным захватом его в большинстве случаев быть не может, т.к. отсутствие вращения планеты означает также отсутствие вращения ядра. Впрочем, роль магнитосферы в защите от космической радиации долгое время оставалась переоцененной..."

            • prinzip

              pathetic, А на это нет АИ.

            • Nekot

              pathetic, Более того, красные карлики "бесчинствуют как дети"(плюются плазмой) в основном только первые несколько миллиардов лет, а потом устаканиваются и светят весьма себе спокойно. Примерно так же как и наша звезда.

              • Wfladimir

                Nekot, Солнце намного более стабильно по моим представлениям, чем красные карлики. Наша - жёлтый карлик..

    • Tektor

      pathetic, Это подозрение? Это интересно..

  5. Brd

    Вот, мы и подошли к моменту - по определению наса... Так понимаю, понятно же что это не конечная мысль? И при любом удобном случае, формулировка изменится, мол незнали, теперь знаем.. и чтот подсказывает мне что знать "всё" еще кучу времени нам не представиться возможным (=
    Так что и солнце живое, и рука "твоя" не совсем твоя. И много го интересного нам предстоит, чего собственно и хотел - пожалуйста, имея крупицу знаний, ненадо утверждать что это так, и никак иначе.

    • pathetic

      Brd, Это определение в контексте современной парадигмы и в контексте этой статьи. Именно на современном понимании жизни, мы не будем её искать ни в недрах звезд. И на основе кремния или мышьяка вместо углерода, тоже искать не будем.

      • Brd

        pathetic, Получается мы ищем нечто конкретное, и готовы только это называть жизнью, игнорируя всё остальное вокруг так?
        И как думаете, какой в этом смысл, и насколько мы далеко уйдем?
        Могу понять поиск конкретных условий для жизни, воды там, ресурсов, но жизнь то здесь причем? Или опять же, жизнь разумная? Или вобще жизнь? Где конкретика. У меня такое подозрение что мы немного поразному понимаем смысл слов, отсюда хоть и прикольный, но доказательный диалог, где мы уперлись в своё.
        И всё же ваша рука, не ваша... Ижизнь, такая жизнь вокруг, а её всё ищут, ищут.. говорил же - за деревьями лес не видно.

        • pathetic

          Brd, "...Согласно официальному определению NASA, выработанному в 1994 году и применяющемуся в задачах поиска жизни во Вселенной.."
          Мы ищем жизнь - самоподдерживающуюся химическую систему, способную к дарвиновской эволюции. Я вот о какой конкретике говорю. Есть ясная цель. Начинать то с чего-то нужно. Вот аналогию с рукой что-то я не пойму.

  6. RikasEpta

    Нужно искать системы для начала с тем же возрастом что и наша (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  7. botan

    Если это кремниевая жизнь она может быть пылью в облаке оорта......
    Или около "черной дыры"

    Самое интересное что обитает на кислотных. Если мы от одних видов бактерий то где-то и гелий содержащие есть.

    Чесно новость расстроила - detection.... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. ubobo

    искать инопланетян тоже самое что искать в стоке сена микроба (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  9. Wfladimir

    Шалтай-балтай какой-то.
    Хоть бы прогноз составили - когда, в каком году ожидать открытия. Болтать все могут. Думать не все.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.