Два фактора играют доминирующую роль в нашем поиске жизни и пригодных для жизни условий в других частях Галактики. Первый — это жидкая вода, которая, насколько нам известно, необходима для жизни. Когда мы обнаруживаем экзопланеты, учёные пытаются определить, находятся ли они в зоне обитаемости своих звёзд. При подходящих атмосферных условиях жидкая вода может на них сохраняться.
Второй фактор — биосигнатуры. Одной из причин создания «Уэбба» было изучение атмосфер экзопланет и определение их состава, и он в итоге обнаружил некоторые очень интересные потенциальные биосигнатуры. Но учёные сталкиваются с тем, что некоторая атмосферная биосигнатура, существующая здесь, на Земле, может иметь небиологическое происхождение на экзопланетах, которые сильно отличаются от Земли.
Один из путей развития поиска — выработка агностической точки зрения. Именно на этом сосредоточено новое исследование 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) при Институте науки в Токио и Лана Синапайен из Национального института фундаментальной биологии в городе Окадзаки, Япония.
«В действительности, в пределах Солнечной системы существует лишь несколько мест, где можно искать инопланетную жизнь», — пишут авторы. «За пределами Солнечной системы возможности практически безграничны, но есть одна загвоздка: трудно с уверенностью назвать причиной тех или иных особенностей экзопланет наличие там инопланетной жизни».
Авторы отмечают, что отдельные биосигнатуры могут давать ложные срабатывания, и что поиск техносигнатур не намного лучше. Они основаны на целом ряде исходных предположений о природе технологий и культуры цивилизации.
Эта работа сосредоточена не на отдельных экзопланетах, биосигнатурах и техносигнатурах, а на ситуациях, когда жизнь распространяется от мира к миру.
«Мы разработали агностический подход к обнаружению жизни на экзопланетах, который преодолевает эти ограничения за счёт использования свойств, проявляющихся на уровне групп планет, без необходимости наличия „неопровержимого доказательства“ в виде биосигнатуры на уровне отдельной планеты», — пишут исследователи.
Исследователи использовали модели, чтобы показать, что если жизнь распространяется от планеты к планете или между звёздными системами, это может повлиять на «наблюдаемые свойства планеты». Это может создать то, что они называют надёжным признаком жизни, с дополнительным преимуществом в виде очень небольшого количества ложных срабатываний. Всё это основано на статистических корреляциях между расположением планет и их характеристиками.
«Группируя планеты исключительно на основе их наблюдаемых характеристик и выделяя скопления, локализованные в пространстве, мы демонстрируем (и оцениваем) способ определения приоритетности конкретных планет для дальнейшего наблюдения, исходя из их потенциала для существования жизни», — поясняют авторы.
Это позволяет перенести акцент с попыток обнаружить конкретные химические вещества на подход, в большей степени 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 единственном однозначном сигнале», — сказал Смит в пресс-релизе. Синапайен добавил: «Даже если жизнь в других местах принципиально отличается от жизни на Земле, её крупномасштабные эффекты, такие как распространение и изменение планет, всё равно могут оставлять обнаруживаемые следы. Именно это делает данный подход убедительным».
Всё это направлено на исследование экзопланет. При наблюдении за большим количеством планет в данных можно выявить статистические тенденции. Жизнь можно было бы идентифицировать не в отдельных случаях, а путём распознавания её воздействия на множество планет. Идея заключается в том, что по мере распространения жизнь терраформирует планеты определённым образом, что должно быть очевидно в данных, независимо от того, было ли это терраформирование намеренным или нет.
«Выходя за пределы (или ниже) биосигнатур на уровне популяции, мы демонстрируем, как выбрать из популяции планет скопления, которые с высокой вероятностью содержат терраформированные планеты», — пишут исследователи.
Подобные агностические подходы элегантно преодолевают пробелы в наших знаниях. Некоторые выявленные потенциальные биосигнатуры в атмосферах планет в конечном итоге стали важным уроком. Они показали нам, насколько планеты могут отличаться друг от друга и от Земли. Они показали нам, как абиотические процессы на некоторых мирах могут производить то, что на нашем мире было бы однозначно биотической сигнатурой. (Да, я тебя имею в виду, «фосфин».)
Ища закономерности, наблюдаемые на нескольких планетах, которые крайне трудно объяснить с помощью естественных механизмов, агностические методы позволяют преодолеть некоторые пробелы в наших знаниях. Они способны выявить тенденцию ещё до того, как учёные смогут идентифицировать конкретную молекулу.
Конечно, всегда важно отметить, что эта работа основана на моделировании. Моделирование — мощный инструмент и важнейшая часть современной научной деятельности. Моделирование на суперкомпьютерах — это, по сути, огромное количество мысленных экспериментов, управляемых методично контролируемыми входными данными. Но в конечном итоге только дополнительные наблюдения и реальные данные могут доказать их эффективность в каждом отдельном случае.
Один из заключительных абзацев авторов лаконично подытоживает это:
«Результаты нашей модели дают надежду на то, что жизнь можно обнаружить в масштабе популяции планет, используя информацию только из ≈1000 (возможно, меньше) планетных атмосфер, даже при отсутствии какой-либо информации о том, какие виды планетных сред наиболее подходят для жизни, или не зная ничего о происхождении жизни или особенностях метаболических продуктов жизни», — пишут они.
По сути, это распознавание образов, а распознавание образов — одна из определённо сильных сторон человеческого разума. Вполне логично, что мы берём этот дар, объединяем его с современными технологиями и используем эту комбинацию для поиска жизни.