Жизнь за пределами биосигнатур: новый метод в поисках жизни

Фото из открытых источников

В поисках жизни и обитаемости в других частях галактики доминируют два фактора. Первый — это жидкая вода, которая, насколько нам известно, необходима для жизни. Когда мы находим экзопланеты, ученые пытаются определить, находятся ли они в обитаемых зонах своих звезд. При подходящих атмосферных условиях жидкая вода могла бы там существовать.

Второй тип — биосигнатуры. Одна из причин создания телескопа JWST заключалась в изучении атмосфер экзопланет и определении их состава, и он обнаружил несколько очень интересных потенциальных биосигнатур. Но учёных беспокоит тот факт, что атмосферная биосигнатура здесь, на Земле, может иметь небиологическое происхождение на экзопланетах, значительно отличающихся от Земли.

Один из путей вперед — развитие агностической точки зрения. Именно этому посвящено новое исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal под названием «Агностическая биосигнатура, основанная на моделировании панспермии и терраформирования». Авторами являются Харрисон Смит из Института наук о Земле и жизни (ELSI) Токийского института науки и техники и Лана Синапайен из Национального института фундаментальной биологии в городе Оказаки, Япония.

«В действительности, в Солнечной системе существует лишь несколько мест, где можно искать внеземную жизнь», — пишут авторы. «За пределами Солнечной системы возможности практически безграничны, но есть один нюанс: трудно с уверенностью отнести характеристики экзопланет к внеземной жизни».

Авторы отмечают, что индивидуальные биосигнатуры подвержены ложным срабатываниям, и что поиск техносигнатур не намного лучше. Они основаны на целом ряде основополагающих предположений о природе технологий и культуры цивилизации.

Данная работа посвящена не отдельным экзопланетам, биосигнатурам и техносигнатурам, а ситуациям, когда жизнь распространяется с планеты на планету.

«Мы разработали агностический подход к обнаружению жизни на экзопланетах, который преодолевает эти ограничения, используя свойства, проявляющиеся в масштабе групп планет, без необходимости в неопровержимой биосигнатуре на уровне отдельной планеты», — пишут ученые.

Исследователи использовали модели, чтобы показать, что распространение жизни с планеты на планету или между звёздными системами может влиять на «наблюдаемые свойства планеты». Это может создать то, что они называют надёжным признаком жизни, с дополнительным преимуществом в виде очень малого количества ложных срабатываний. Всё основано на статистических корреляциях между местоположением планет и их характеристиками.

«Группируя планеты только на основе наблюдаемых характеристик и сохраняя кластеры, локализованные в космосе, мы демонстрируем (и оцениваем) способ определения приоритетности конкретных планет для дальнейших наблюдений, исходя из их потенциала для существования жизни», — поясняют авторы.

Это смещает акцент в поиске с попыток обнаружения конкретных химических веществ на подход, основанный на выявлении закономерностей.

«Сосредоточившись на том, как жизнь распространяется и взаимодействует с окружающей средой, мы можем искать её, не нуждаясь в идеальном определении или одном единственном однозначном сигнале», — сказал Смит. Синапайен добавил: «Даже если жизнь в других местах принципиально отличается от жизни на Земле, её масштабные последствия, такие как распространение и изменение планет, всё равно могут оставлять обнаруживаемые следы. Именно это делает данный подход убедительным».

Всё это направлено на изучение экзопланет. При наблюдении большого количества планет можно выявить статистические закономерности в данных. Жизнь можно обнаружить не в отдельных случаях, а по признаку её влияния на множество планет. Идея заключается в том, что по мере распространения жизни она терраформирует планеты особым образом, который должен быть очевиден в данных, независимо от того, было ли это терраформирование преднамеренным или нет.

«Выходя за рамки (или опускаясь ниже) биосигнатуры популяционного масштаба, мы демонстрируем, как отбирать из популяции планет скопления, которые с высокой вероятностью содержат терраформированные планеты», — пишут исследователи.

Подобные агностические подходы элегантны, потому что они, по сути, преодолевают пробелы в наших знаниях. Некоторые предполагаемые обнаружения потенциальных биосигнатур в атмосферах планет в итоге стали важными уроками. Они показали нам, насколько сильно планеты могут отличаться друг от друга и от Земли. Они показали нам, как абиотические процессы на некоторых мирах могут создавать то, что на нашей планете стало бы биотической сигнатурой. (Это про фосфин.)

Изучая закономерности на множестве планет, которые чрезвычайно трудно объяснить естественным путем, агностические методы могут преодолеть часть нашего собственного недостатка знаний. Они позволяют выявить тенденцию еще до того, как ученые смогут идентифицировать конкретную молекулу.

Конечно, всегда важно отметить, что эта работа основана на моделировании. Моделирование — мощный инструмент и важнейшая часть современной научной работы. Суперкомпьютерное моделирование по сути представляет собой огромное количество мысленных экспериментов, управляемых методично контролируемыми входными данными. Но в конечном итоге, только большее количество наблюдений и данных может доказать его эффективность в каждом конкретном случае.

«Результаты нашего моделирования показывают, что жизнь можно обнаружить в масштабе популяции планет, используя информацию всего лишь из ≈1000 (возможно, меньшего числа) планетных атмосфер, даже при отсутствии информации о том, какие типы планетных сред наиболее подходят для жизни, или без знания чего-либо о происхождении жизни или особенностях метаболических процессов, происходящих в живых организмах», — резюмируют авторы исследования.

По сути, это распознавание образов, а распознавание образов — одна из определяющих сильных сторон человеческого разума. Логично, что мы взяли этот дар, объединили его с современными технологиями и использовали эту комбинацию для поиска жизни.