Жизнь может проявиться в виде розовых и жёлтых облаков на далёких планетах

Фото из открытых источников

Карл Саган вместе с соавтором Эдвином Солпитером опубликовали в 70-х годах знаменитую статью о возможности обнаружения жизни в облаке Юпитера. Они конкретно описали «тонущих, плавающих и охотников», которые могли бы жить, плавая и перемещаясь в атмосфере крупнейшей планеты нашей Солнечной системы. Он также знаменит тем, что рассказывал о том, как облака на другой планете нашей Солнечной системы — Венере — скрывают то, что находится на поверхности, что привело к смелым предположениям о пышном, подобном «Парку Юрского периода», мире, полном жизни, просто скрытом облаками. Венера оказалась полной противоположностью этому, но обе эти статьи показывают влияние облаков на жизнь на Земле. 

В новой статье авторов из Института Карла Сагана под руководством Лигии Коэльо из Корнелла утверждается, что мы должны рассматривать облака как потенциальные места обитания жизни — нам просто нужно знать, как ее искать.

Поиск жизни на экзопланетах до сих пор был сосредоточен на двух методах. Один из них заключается в поиске определённых типов атмосферных газов, таких как кислород или метан, в их атмосфере. Другой — в изучении спектров их поверхностных сигнатур, в частности, «красного края», который появляется при спектрографическом наблюдении растительности, несмотря на её традиционный «зелёный» цвет. Облачность лишь затрудняла поиски любым из этих методов, поэтому астробиологи до сих пор обычно игнорировали их.

Оказывается, существуют микроорганизмы, обитающие в верхних слоях атмосферы Земли. Эти микробы, включая такие виды, как Modestobacter, Roseomonas и Micrococcus, обитают на высоте от 21 до 29 км. Чтобы выжить на такой высоте, им приходится выдерживать интенсивное ультрафиолетовое излучение, и для этого они вырабатывают очень яркие пигменты, в частности, каротиноиды. Эти органические молекулы проявляются в виде пигментов, видимых в теле микроба, особенно ярких цветов, таких как розовый и жёлтый.

Яркие цвета — один из параметров, которые хорошо детектирует спектроскопия, поэтому авторы решили поступить именно так. Они культивировали образцы этих микробов, выделенных из атмосферы, и создали спектры пигментов, которые они производят. По сути, они собрали данные, которые были бы видны космическому телескопу, наблюдающему за экзопланетой издалека, например, JWST или будущей Обсерватории обитаемых миров (HWO). Они делали это в двух разных состояниях — «влажном» и «сухом», — чтобы гарантировать, что они отражают все потенциальные состояния пигментации самих микробов.

Используя эти данные, авторы обратились к Exo-Prime II — модели, используемой для моделирования спектров экзопланет. Они создали модель нескольких типов землеподобных планет, включая «мир-снежок», который был бы очень сухим, но при этом имел бы много воды, и «мир-океан», который был бы насыщен водой, но имел бы мало суши. Затем они ввели облачный слой и поместили в него колонии различных микробов, после чего проанализировали спектральные характеристики для каждого сценария.

Между «влажными» и «сухими» микробами наблюдалась чёткая разница. Влажные микробы имели очень чёткие характеристики, включая чёткие спектральные линии. Сухие микробы имели более высокую общую отражательную способность. Но оба варианта заметно отличались от исходного состояния, когда микробов в облаках вообще не было. Однако степень колонизации микробами действительно имеет огромное значение, а вот степень облачности — нет. В модели предполагалось, что микробы должны были заселить не менее 50% облачного покрова, даже если этот покров покрывал лишь 50% поверхности планеты.

Это довольно значительный уровень колонизации, и он далеко не соответствует уровню, наблюдаемому на Земле. Таким образом, хотя в статье доказывается, что, по крайней мере теоретически, мы сможем напрямую обнаружить спектральные сигнатуры этих микробов в облаках экзопланеты, для успешного проведения этой работы уровень колонизации этих облаков должен быть чрезвычайно высоким.

Возможно, самое важное то, что в статье представлена база данных спектральных сигнатур, на которые можно будет обратить внимание, когда миссии, подобные HWO, наконец-то стартуют в ближайшие десятилетия. Хотя уровень колонизации может быть относительно высоким, существует определённая вероятность того, что мы найдём хотя бы одну такую экзопланету среди звёзд. Если это произойдёт, можно с уверенностью сказать, что Карл Саган был бы горд.