Обнаружение внеземной жизни — одна из самых захватывающих научных задач современности. Исследование Солнечной системы позволило найти потенциально обитаемые регионы. Самые многообещающие находятся в недрах Марса и в резервуарах с жидкой водой некоторых ледяных спутников планет-гигантов (Европа и Энцелад).
В наши дни исследователи обнаруживают новые экзопланеты почти ежедневно. Данные, которые получены с помощью метода косвенного обнаружения, показали широкое распространение и разнообразие экзопланетных систем. И теперь учёным известно, что в зонах обитаемости звёзд очень распространены скалистые экзопланеты.
В ближайшие десятилетия для непосредственного наблюдения потенциально жизнепригодных планет инженеры разработают наземные и космические телескопы следующего поколения. А данные об обитаемости могут быть получены с помощью методов спектроскопии и поляриметрии. Например, жидкую воду можно будет распознать по блику отражённого звёздного света на поверхности океана или по появлению радуг, которые создаются водяными облаками.
В поисках жизни за пределами Земли учёные надеются найти такие планеты, атмосфера которых находится вне химического равновесия (когда в атмосфере преобладает или содержится в больших количествах некоторый газ). Таким признаком может быть большое количество молекулярного кислорода в атмосфере. На Земле молекулярный кислород — «сильный» биомаркер, так как практически весь вырабатывается растениями путём фотосинтеза. Однако кислород может создаваться и не биологическими процессами, а, например, окислением некоторых химических веществ в результате звёздных вспышек (как на Солнце). Поэтому, прежде чем можно будет уверенно заявить об обнаружении жизни, учёные должны получить достоверную выборку из биомаркеров и атмосферных свойств планеты.
Универсальным и однозначным биомаркером считаются гомохиральные молекулы, которые представляют собой строительные элементы жизни (например, аминокислоты и сахариды). Молекулы живых организмов образуют цепочки, которые закручиваются влево или вправо. Гомохиральность молекул — это направление их закручивания, которое остаётся неизменным до гибели организма. Преобладание цепочек, которые закручены в одну сторону — явный признак биологического происхождения. Считается, что в ранней Солнечной системе неравномерное рассеяние ультрафиолета способствовало изначальному избытку зеркально направленных молекул. Это привело к тому, что жизнь на Земле «выбрала» левосторонние аминокислоты и правосторонние сахариды. Аминокислоты способны отражать или рассеивать свет, благодаря этому биомаркеры при анализе спектра легко отличить от других эффектов. Лабораторные эксперименты на различных типах листьев и микробах подтвердили это и показали слабые, но отчётливые сигналы.
Для проведения таких измерений международная команда учёных из разных областей науки разработала инструмент TreePol (TreePol spectropolarimeter), датчики которого реагируют на спектр молекул живых организмов. В феврале 2019 года вне лаборатории инструмент показал однозначное отсутствие биомаркеров на близлежащем искусственном газоне, в то же время наблюдение городского парка с расстояния 3 километров дало чёткое обнаружение жизни.
Сейчас ведётся работа над одноимённой второй версией инструмента для воздушных наблюдений. TreePol не предназначен для работы в космосе, поэтому на смену ему учёные начали разрабатывать инструмент LSDpol (Life Signature Detection Polarimeter) — «поляриметр для обнаружения признаков жизни». Он будет отслеживать признаки процессов фотосинтеза на Земле и создавать карту расположения биомаркеров. При помощи LSDpol исследователи планируют посмотреть на Землю как на экзопланету и доказать, что признаки биомаркеров на нашей планете настолько сильны, что их можно заметить, даже когда весь отражённый от планеты свет видим лишь как «бледно-голубая точка».
Наблюдение и картирование будет проводиться сначала на низкой околоземной орбите с МКС или кубсата, а затем с геостационарной орбиты или с поверхности Луны. Поскольку прибор компактный и прочный (без движущихся частей), разработчики говорят, что его можно будет установить на посадочной платформе или орбитальной станции для поиска биомаркеров на Марсе или на ледяных спутниках, таких как Европа и Энцелад, при исследовании подповерхностных океанов.
Результаты этого масштабного исследования учёные будут использовать при работе следующих поколений телескопов (нацеленных на поиски аналогов Земли в зоне обитаемости). Данные, полученные о Земле, помогут исследователям понять, что именно они будут искать на потенциально обитаемых экзопланетах, чтобы возможные будущие открытия признаков жизни вне Земли были однозначными и убедительными.
Источник: arxiv.org
Перевод: Black Sahara
