Французький філософ Огюст Конт у своїй книзі «Курс позитивної філософії», виданій 1835 року, стверджував, що зорі завжди залишатимуться для нас «механічними об’єктами». Ми зможемо визначати їхнє положення на небі, виміряти відстані до них, дізнаватися закономірності їхнього руху. Але що собою являє та чи інша світла цятка на небі, з чого вона зроблена, яку має температуру — це для нас назавжди залишиться таємницею. Філософ не дожив буквально пару років до публікації статей Густава Кірхгофа та Роберта Бунзена, які запропонували визначати елементний склад випромінювального тіла за характерними лініями у його спектрі. Відтоді спектральний аналіз є фактично єдиним інструментом, що дозволяє астрономам здійснювати аналіз віддалених об’єктів. Не дивно, що саме його вчені хочуть використати для пошуків життя на інших планетах.
Звичайно, спектральний аналіз має деякі обмеження. По-перше, за його допомогою найкраще виявляються речовини в газоподібному стані. Тобто, наприклад, наявність рідкої води можна виявити лише за «спектральними підписами» водяної пари. По-друге, планети, придатні для життя, обертаються зазвичай достатньо близько до своїх зір, і розділити їх при спостереженнях із Землі вкрай складно. В майбутньому цю проблему, ймовірно, вдасться вирішити шляхом удосконалення астрономічних інструментів і технологій отримання зображень, але поки її доводиться обходити іншими шляхами, не завжди ефективними.
Так чи інакше, спектри деяких екзопланет — точніше, їхніх атмосфер — уже вдалося відзняти. Жодне з тіл, досліджених методами спектроскопії, не обертається в зоні заселеності, де температура на поверхні дозволяє існувати рідкій воді, але рано чи пізно і для таких об’єктів будуть отримані спектральні дані. Що в них сподіваються побачити вчені, які шукатимуть ознаки життя?
За образом і подобою
Тут слід згадати, що сучасній науці відомий лише один тип живих організмів — власне, той, із якими ми постійно стикаємося на Землі. Він базується на вуглецевих ланцюжках і біохімічних реакціях у водних розчинах. Існує багато пояснень того, чому саме таке поєднання видається найкращим для життя. Їм можна було б присвятити окрему статтю, але одне з них неодмінно треба згадати. Вода — одна з найрозповсюдженіших у Всесвіті хімічних сполук, водночас вона є одним із найефективніших розчинників, що перебуває в рідкому стані в досить широкому температурному діапазоні. А отже, саме у воді складаються найкращі умови для хімічних перетворень, необхідних для будівництва молекулярних структур живих організмів і забезпечення їх енергією.
Звичайно, ніхто не може повністю виключити існування екзотичних форм життя на основі аміаку чи ще більш рідкісного флюороводню. Так само й вуглець зовсім не обов’язково має бути головним компонентом біологічних молекул. Але прояви такого життя, найімовірніше, будуть настільки сильно відрізнятися від тих, які вчені звикли бачити довкола, що їх просто неможливо буде розпізнати, вважаючи неживою природою. Тому астробіологи зараз зосередилися на пошуках води як найбільш імовірного придатного для життя середовища. Звідси й виникла концепція зони заселеності. Цей термін звучить доволі перспективно, але насправді він означає лише сприятливий температурний режим на поверхні екзопланети й не передбачає жодного «населення».
Що ж ми побачимо у спектрі екзопланети, потенційно придатної до життя земного типу? Передусім, звичайно, вчені шукатимуть лінії водяної пари. Щоправда, її в атмосфері не мусить бути багато: на Землі навіть у найвологіших джунглях її концентрація досягає максимум пари відсотків. Зате у нашому повітрі багато кисню — понад 20%. Здавалося б, ось вона, ознака життя! В усякому разі, того, з яким ми найкраще знайомі.
Фахівці вже довгий час ретельно складають перелік біомаркерів — достатньо простих молекул, що потрібні живим організмам для забезпечення життєдіяльності чи виділяються під час неї. Кисень вважається таким із багатьма застереженнями. По-перше, він став неодмінним компонентом земної біосфери приблизно 2 млрд років тому. Раніше життя на нашій планеті непогано обходилося без нього, та й зараз існує чимало бактерій і грибів (найвідоміший приклад — дріжджі), яким він абсолютно не потрібен і навіть шкодить. А по-друге, цей газ може виникати, зокрема, під час розкладу молекул води під дією високоенергетичного випромінювання. Це так званий абіогенний кисень, що цілком здатен збити з пантелику астрономів.
Більш надійними ознаками життя вважаються важчі та складніші молекули — етиловий і метиловий спирт, мурашина й оцтова кислота. Щоправда, і з ними не все так просто. Як з’ясувалося, вони теж можуть синтезуватися без жодної участі живих організмів, і навіть не на планетах, а в умовах міжзоряних газопилових хмар, якщо десь неподалік є зоря, здатна їх трохи зігріти. Зараз у цих хмарах знаходять і такі необхідні для життя сполуки, як амінокислоти. Це дозволило висунути припущення, що на Землі вони теж не з’явилися в результаті життєдіяльності первісних клітин, а були занесені сюди з космосу.
З іншого боку, з життям цілком може бути пов’язана речовина, яку ми звикли вважати страшною отрутою — ціановодень, або ж синильна кислота (HCN). Її небезпечність не в останню чергу визначається високою реакційною здатністю, але саме завдяки їй ця речовина досить легко перетворюється на органічні молекули (ті ж амінокислоти). Синильна кислота і похідний від неї ціан теж доволі розповсюджені за межами Землі — вони є майже обов’язковою складовою кометних ядер і неодноразово виявлялись у складі газів, які з них випаровуються.
Мабуть, легше сказати, які молекули практично несумісні з життям земного типу, а отже, їхня наявність означатиме, що на даній конкретній планеті шукати його не варто. Це передусім високоактивні галогени флуор і хлор, а також деякі їхні сполуки з кремнієм, сіркою та фосфором. Вони швидко вступають у хімічні реакції зі звичними для нас біологічними молекулами та перетворюють їх у щось абсолютно непридатне для життя.
Отже, потенційних біомаркерів ми вже знаємо чимало. Але жоден із них, у випадку відкриття його у спектрі небесного тіла, не є однозначним доказом існування там життя. То як же все-таки довести його наявність спектральними методами?
Неприродні поєднання
Детально проаналізувавши всі можливі дані, команда вчених під керівництвом професорки Університету Вашингтона Вікторії Медоуз дійшла висновків, що в пошуках ознак життя не треба орієнтуватися на якусь одну універсальну молекулу. Значно ефективніше відстежувати поєднання речовин, які зазвичай не зустрічаються разом. Найкращий приклад — кисень і метан. Обидва гази є в земній атмосфері, але за відсутності живих організмів це було б неможливим: вони давно б уже прореагували один з одним, і залишився б тільки той, який від початку був наявний у надлишку. Продуктами реакції стали б вода та вуглекислий газ — речовини, що безпосередньо з життям не пов’язані. Тобто для того, щоб у складі газової оболонки планети містився кисень одночасно з метаном, потрібно, щоб там існувало постійне джерело поповнення одного і другого. Ймовірність того, що це джерело має біологічну природу, не така вже й мала.
Інші приклади подібних «несумісних пар» — кисень і аміак, або ж кисень та сірководень. Останній, щоправда, важко зареєструвати спектроскопічно, але з удосконаленням техніки спостережень це не становитиме великої проблеми. До речі, з цієї ж причини учених так надихнуло нещодавнє виявлення у венеріанській атмосфері фосфіну (сполуки водню та фосфору): якщо на Юпітері та Сатурні, де його теж спостерігали, цей газ утворюється в результаті абіогенних процесів і може існувати порівняно довго, то на Венері він мав би дуже швидко зникнути. Втім, подальші дослідження показали, що насправді фосфін там присутній у концентраціях, які теж можна пояснити природними причинами.
Розвиток інфрачервоної астрономії відкрив перед астрономами нові перспективи, дозволивши вести пошуки зовсім уже екзотичних молекул — таких як хлорофлуоровуглеводні (фреони). В їхньому випадку найцікавішим є те, що вони не утворюються в ході якихось природних процесів, а є виключно продуктом штучного хімічного синтезу. Також ці молекули чи їхні найближчі похідні доволі стійкі до розкладу та можуть перебувати в атмосфері довгий час. Якщо ми зустрінемо у спектрі якоїсь позасонячної планети таку «екзотику», це з великою ймовірністю означатиме, що там існує не просто життя, а розвинена технологічна цивілізація.
Утім, щоб знайти фреони в атмосферах навіть найближчих екзопланет за допомогою наявних астрономічних інструментів, потрібно, щоб їхня концентрація там у десятки разів перевищувала ту, яку ми зараз маємо на Землі. Зрозуміло, що техніка спостережень не стоїть на місці — можливо, вже за кілька років цю перешкоду буде подолано. Надто вже привабливою є перспектива за спектральними ознаками лише одного типу молекул одразу виявити братів за розумом. Відтак ученим уже час розширювати перелік біомаркерів, додавши до нього «техномаркери», або «техносигнатури» — леткі речовини, що здатні з’явитись і потрапити в повітря лише штучним шляхом. І тут своє вагоме слово мають сказати не лише астрономи та біологи, але й екологи з хіміками.
Ця стаття була опублікована у №1 (189) 2023 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в електронній версії можна у нашому магазині.
