Определение биомаркеров в атмосферах экзопланет

В новом исследовании определяются комбинации планетарных температур и условий освещения, достаточных для создания строительных блоков жизни

0

Одни ли мы во Вселенной? Этот вопрос задавал себе человек в течение тысяч лет, но только сегодня наука находится на пороге получения реального ответа. Сейчас мы знаем о существовании десятков скалистых планет, вращающихся вокруг других звезд. И на этих планетах, насколько нам известно, может существовать жизнь. Очень скоро, с запуском космического телескопа имени Джеймса Уэбба, у нас появится отличная возможность заглянуть в атмосферу некоторых из этих миров.

Но что нужно искать? В новом исследовании, опубликованном в Science Advances, определяются комбинации планетарных температур и условий освещения, достаточных для создания строительных блоков жизни.

Ученые взяли за основу те данные, которые уже известны. На Земле фотосинтез — процесс, посредством которого растения производят энергию — насытил кислородом богатую в древности углекислым газом атмосферу. Это произошло потому, что растения умеют превращать углекислый газ и воду в сахара и кислород, используя солнечный свет.

Поэтому присутствие в атмосфере молекулярного кислорода может указывать на наличие жизни, особенно если он наблюдается вместе с метаном (растения и бактерии могут производить метан). Если бы ученые обнаружили углекислый газ и метан вместе, но при этом полностью отсутствовала бы окись углерода, это также может быть признаком жизни на других планетах. Это связано с тем, что существуют способы, с помощью которых жизнь может выделять много метана в атмосферу, богатую углекислым газом, без использования большого количества окиси углерода.

Могут быть и другие возможности: ученые анализируют все возможные небольшие молекулы, чтобы идентифицировать биосигналы, которые раньше даже не рассматривались.

Проблема с «зонами обитаемости»

Но даже если бы мы точно знали, что искать, нужно понять — где именно нужно искать? Весь космос отсканировать просто невозможно. Ясно, что нужно анализировать отдельные системы.

Чтобы иметь возможность поддерживать жизнь, экзопланета должна находится на правильном расстоянии от звезды. Это необходимо для стабильного существования на ее поверхности жидкой воды. Область вокруг звезды, в которой выполняется этот критерий, называется «зоной обитаемости». Если бы мы взяли живой организм и поместили его на поверхность планеты, находящейся в этой зоне, он смог бы выжить. Поэтому эти планеты — хорошее место для начала поисков.

поверхность экхопланеты
Представление художника показывает закат, наблюдаемый с поверхности экзопланеты Gliese 667 Источник. ЭСО / Calçada, CC BY-SA

Однако эти исследования не поднимают вопрос о том, может ли жизнь на других планетах существовать в принципе. Жизнь, которую мы знаем, требует наличия различных молекулярных структур, выполняющих множество функций внутри клетки. К ним относятся ДНК, РНК, белки и клеточные мембраны, которые состоят из относительно простых строительных блоков (липидов, нуклеотидов и аминокислот). Долгое время для науки являлось загадкой, откуда появились эти строительные блоки. Однако в последнее время произошел крупный прорыв в понимании того, как именно возникли эти соединения на поверхности молодой Земли.

Например, воздействие ультрафиолетового излучения на молекулу цианида водорода (химическое соединение, которое существует в природе), находящуюся в воде вместе с отрицательно заряженным ионом, таким, например, как бисульфит, приводит к возникновению простых сахаров.

Цианистый водород присутствует в «протопланетных дисках» в невероятном изобилии. Из этих дисков со временем образуются планетные системы. Бисульфит на Земле возник, вероятно, из двуокиси серы и воды, что может произойти и на экзопланетах.

При определенных условиях цианид водорода и отрицательно заряженные ионы могут образовывать многие жизненные строительные блоки. Но эффективность таких реакций зависит от правильного количества УФ-излучения. В отсутствие света эти же молекулы — цианистый водород и бисульфит — реагируют медленно, образуя продукты, которые не приводят к появлению строительных блоков жизни.

Определение зоны абиогенеза

Скорость этих реакций при свете и в темноте может быть измерена в лаборатории — и ученые сделали это в новом исследовании. Сравнение этих скоростей позволило им очертить так называемую «зону абиогенеза» — область на правильном расстоянии от звезды, в которой химические реакции происходили бы преимущественно в ультрафиолетовом свете.

космический телескоп
Телескоп имени Джеймса Уэбба. Pixabay

Для звезд, подобных нашему Солнцу, зона абиогенеза перекрывается с обитаемой зоной. Но с более прохладными звездами ситуация немного сложнее. Если холодные звезды малоактивны, то зона абиогенеза находится слишком близко к звезде, для того, чтобы пересечься с обитаемой зоной. Но прохладные звезды также могут быть очень активными, производя большие и частые вспышки ультрафиолета. Достаточно ли этих вспышек для управления химическими процессами, которые приведут к возникновению строительных блоков жизни? Это может быть вполне возможно, но нужно проделать гораздо больше работы, чтобы уверенно идентифицировать планеты вокруг таких звезд как подходящие для жизни.

Полученные в результате исследований результаты необходимо увязать с каталогом известных на сегодняшний день экзопланет, которые классифицируются как находящиеся в пригодной для жизни зоне. Это необходимо для идентификации тех из них, которые поддерживают биологические процессы. Сейчас для этого есть два кандидата. Первый — Kepler-452b — самая маленькая экзопланета, которую мы знаем, и она находится в зоне обитания и зоне абиогенеза. Второй — экзопланета Кеплер-62е, которая также может находиться в зоне абиогенеза, но она не такая каменистая.

В настоящий момент Земля — ​​единственное место сбора данных о том, что же такое жизнь. И, конечно, будет достаточно удивительно и волнующе обнаружить жизнь где-то вне нашей Солнечной системы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Этот сайт использует куки. Вы можете отказаться, если хотите Принять Прочитать больше

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: