Команда проекта Nexus for Exoplanet System Science, то есть "Нексус науки об экзопланетах", под эгидой NASA выпустила масштабный обзор методов поиска жизни на экзопланетах. Чтобы изложить результаты анализа, экспертам понадобилось шесть научных статей. Все они опубликованы в журнале Astrobiology.
В первой работе учёные составили каталог практически всех известных и предполагаемых биомаркеров, упоминавшихся в научной литературе.
Среди прочего подробно анализируется такой известный признак, как наличие в атмосфере планеты тех или иных газов. В частности, рассматриваются кислород, озон, метан, закись азота, метилхлорид, различные соединения серы и другие вещества.
Изучается вопрос, как можно по наблюдениям экзопланеты установить, что на ней в геохимических масштабах присутствует фотосинтез. В частности, рассматривается, как обилие на поверхности планеты хлорофилла или другого подобного пигмента отразится на её спектре.
Отдельный раздел статьи посвящён сезонным изменениям, их возможной интерпретации и перспективах наблюдения.
Наконец, учёные подробно рассматривают такой фактор, как отсутствие на поверхности изучаемого мира химического равновесия. Например, кислород и метан не могут соседствовать в одной атмосфере без того, чтобы запасы одного или обоих газов непрерывно пополнялись (метан будет сгорать в кислороде при вспышках молний).
На Земле силой, поддерживающей атмосферу и поверхность вдали от химического равновесия, является жизнь. Можно предположить, что на других планетах дело обстоит так же. Поэтому авторы подробно выясняют, как можно обнаружить "неравновесие" в астрономических наблюдениях, и предлагают для этого новые методы.
Во второй статье исследователи детально рассмотрели роль кислорода как маркера жизни на экзопланетах. С этим газом не всё так просто, как кажется на первый взгляд. Земля миллиарды лет была населена микробами, имея бескислородную атмосферу. С другой стороны, известны некоторые процессы, способные производить живительный газ без всякого участия живых организмов.
Авторы тщательно рассмотрели возможные варианты баланса источников и поглотителей O2. Они описали характеристики планет, которые могут быть совместимы с бескислородной жизнью или, напротив, с "безжизненным кислородом". Учёные предложили методы, которые помогут отсеивать такие "ложные срабатывания" при наблюдениях планет.
В третьей работе учёные предложили общий подход к "экспертизе" планет на предмет обитаемости. Они выделили четыре группы факторов, которые при этом нужно принимать во внимание.
Во-первых, необходимо учитывать астрономические параметры экзопланеты (такие, как масса и радиус) и родительской звезды (возраст и спектральный класс). Во-вторых, нужно рассмотреть физические условия в чужом мире (например, климат). В-третьих, принять во внимание биомаркеры. И в-четвёртых, исключить "ложные срабатывания" по предыдущему пункту.
Анализ авторов не сводится к составлению этого очевидного перечня. Они предлагают методы биогеохимического моделирования процессов, которые могут привести к появлению биомаркеров.
Кроме того, исследователи презентуют статистический инструмент, основанный на байесовских методах. По этой методике, учитывающей все вышеназванные факторы, мирам выставляются оценки по пятибалльной шкале. Высший балл получают планеты, на которых вероятность обнаружить жизнь составляет не менее 90%. Наихудшая отметка означает, что шансы на это радостное событие меньше 10%.
Четвёртое исследование продолжает предыдущее. Авторы адаптируют предложенную модель к условиям, когда "подозрительные" планеты будут открываться, что называется, пачками. В частности, они рассматривают две стратегии наблюдений – массовые измерения немногих параметров и тщательное изучение отдельных планет. Учёные показывают, в каких случаях уместно переходить от одной методики к другой и обратно.
Также авторы систематизируют пробелы в эмпирических и теоретических знаниях человечества, которые нужно заполнить, чтобы выводы об обитаемости отдалённых миров стали надёжнее. Они касаются межзвёздной среды, климатических моделей, геофизики и геохимии экзопланет, проблем возникновения жизни и эволюционной биологии.
Пятая статья посвящена возможностям телескопов, которые ещё только готовятся к запуску. Учёных занимает вопрос, как мы сможем оценивать обитаемость планет с наблюдательными возможностями 2030 года.
Они подробно рассматривают перспективы определения химического состава планет (вместе с атмосферами) и климатических условий на них. Также изучаются возможности по определению физических характеристик планеты и так далее. Исследователи надеются, что их фундаментальный обзор поможет разработать новые методы поиска биомаркеров и определения жизненно важных (в буквальном смысле) характеристик планет и звёзд.
Солидный суммарный объём получившихся текстов подтолкнул исследователей кратко резюмировать их в отдельной статье.
Взятые вместе, эти работы представляют собой уникальную по охвату и детализации "дорожную карту" одного из самых захватывающих предприятий в истории человечества – поиска внеземной жизни.
Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) неоднократно рассказывали о работах на эту тему. Например, мы говорили о том, какие газы помогут найти обитаемые планеты быстро. Рассказывали мы и об искусственном интеллекте, призванном помочь в поисках.
