Як ми дізнаємося, чи є життя на Землі? Я відкрив цей сміливий експеримент

Це почалося так, як починаються багато відкриттів, викликаючи в когось цікавість. Цією людиною був астроном і комунікатор Карл Саган. Те, що лоскотало човен, — це траєкторія космічного корабля НАСА «Галілей», який стартував у жовтні 1989 року та першим вийшов на орбіту Юпітера. Результатом став документ природи Цього тижня 30 років тому це змінило уявлення вчених про пошуки життя на інших планетах.

Нагода виникла в результаті трагічного випадку. Майже за чотири роки до запуску «Галілео», у січні 1986 року, космічний човник «Челленджер» вибухнув незабаром після старту, убивши семеро людей. NASA скасувала свої плани відправити Galileo на Юпітер за допомогою ракети на рідкому паливі на борту іншого космічного човника. Натомість зонд був запущений більш обережно, ніж орбітальний шаттл, і інженери місії запускали його навколо Венери та Землі, щоб він міг отримати гравітаційні прискорення, які катапультувалися б аж до Юпітера.

8 грудня 1990 року «Галілео» мав пролетіти біля Землі на висоті всього 960 кілометрів над земною поверхнею. Лоскіт перетворився на свербіж, який Саган мусив почухати. Він домовився з НАСА про те, щоб направити прилади космічного корабля на нашу планету. Стаття отримала назву «Пошук життя на Землі за допомогою космічного корабля «Галілео».¹.

Зовнішній вигляд

Ми знаходимося в унікальному становищі, щоб знати, що на Землі існує життя. Використовувати наш дім, щоб перевірити, чи можемо ми помітити це на відстані, було надзвичайною пропозицією в той час, коли було дуже мало відомо про середовище, в якому могло процвітати життя. «Це схоже на науково-фантастичну історію, загорнуту в дослідницьку статтю», — каже Девід Ґрінспун, головний науковий співробітник відділу астробіологічної стратегії в штаб-квартирі NASA у Вашингтоні, округ Колумбія. «Давайте уявимо, що ми вперше бачимо Землю».

Це відбулося в той час, коли пошуки життя в інших місцях Сонячної системи занепали. Роботизовані місії США та СРСР у 1960-1970-х роках виявили, що Венера, яка колись вважалася притулком для інопланетних організмів, була надзвичайно гарячою під густими хмарами вуглекислого газу. Марс, усіяний «зрошувальними каналами», задуманими уявою астрономів²Здавалося, це безплідна земля. У 1990 році ніхто ще не знав про поховані океани, що лежать на супутнику Юпітера Європі, відкриття, яке продовжив Галілей.³ – Або на супутник Сатурна Енцелад, обидва з яких зараз розглядаються як потенційні місця колиски позаземного життя.

Що ще важливіше, Саган і його співробітники дотримувалися свідомо агностичного підходу до виявлення життя, каже астробіолог Ліза Калтенеггер, яка очолює Інститут Карла Сагана в Корнельському університеті в Ітаці, Нью-Йорк. «Звичайно, він хоче знайти життя, як і всі вчені», — каже вона. «Але він каже: «Давайте візьмемо це бажання і будемо обережнішими, тому що ми хочемо його знайти». Існування життя, як говорилося в статті, було «останньою гіпотезою», щоб пояснити те, що спостерігав Галілей.

Але навіть крізь цю завісу сумнівів космічному кораблю вдалося це зробити. На знімках Австралії та Антарктиди з високою роздільною здатністю, отриманих під час польоту Галілео над головою, не виявилося ознак цивілізації. Однак Галілей виміряв кисень і метан в атмосфері Землі, і останній склав співвідношення, які вказували на дисбаланс, спричинений живими організмами. Він виявив різкий нахил в інфрачервоному спектрі сонячного світла, що відбивається від планети, чіткий «червоний край», який вказує на наявність рослинності. Він вловив радіопередачу, що надходила з поверхні, і відредагував її так, ніби вона була сконструйована. «Можна стверджувати, що сигнали генеруються розумною формою життя на Землі», — зухвало написала команда Сагана.

Сильний контроль

Карл Земліс, нині головний редактор Physical Sciences at природиДо газети прийшов як молодший редактор. Він каже, що це все ще один із його улюблених журналів і один із найважчих для отримання. Редакційне схвалення статті було далеко не одностайним, оскільки вона чітко не описувала нічого нового. Але, за словами Зімліса, це було здебільшого недоречним. «Це був неймовірно потужний контрольний експеримент для чогось, що не було на радарах багатьох людей у ​​той час», — каже він.

«Хоча відповідь була відома, це кардинально змінило наше уявлення про відповідь», — каже Калтенеггер. Лише відступивши назад і поглянувши на Землю як на будь-яку іншу планету — можливо, на якій є життя, а можливо, ні — дослідники зможуть отримати реальну перспективу щодо нашого місця у Всесвіті та можливості існування життя деінде, каже вона.

Це набуває нового значення, враховуючи події, що відбулися після польоту Галілея. У 1990 році не було відомо про існування планет, які обертаються навколо зірок, крім Сонця. Минуло ще два роки, перш ніж астрономи остаточно оголосили про першу «екзопланету», що обертається навколо обертової мертвої зірки, відомої як пульсар.⁴І ще три роки до того, як їх знайшли⁵ Перший обертається навколо сонцеподібної зірки, 51 Пегаса. Сьогодні вченим відомо понад 5500 екзопланет, деякі з яких нагадують будь-що в Сонячній системі. Вони варіюються від «суперземель» із дивною геологією та «міні-Нептунів» із газовою атмосферою до «гарячих Юпітерів», масивних планет, що обертаються поблизу своїх палаючих зірок.

Коли Саган і його колеги направили Галілея на Землю, вони винайшли наукову основу для пошуку ознак життя в цих інших світах, структуру, яка з тих пір пронизує всі пошуки таких біосигнатур. Калтенеггер досі дає своїм учням статтю Сагана, щоб показати їм, як це зробити. Життя — це останній, а не перший висновок, який можна зробити, побачивши щось незвичайне на іншій планеті, каже вона їм. Надзвичайні заяви вимагають надзвичайних доказів.

Правильна суміш для життя

Цей урок не може бути більш актуальним сьогодні, оскільки вчені стоять на порозі потенційно революційних і, можливо, глибоко тривожних відкриттів, зроблених потужним космічним телескопом Джеймса Вебба (JWST). Телескоп щойно розпочав дистанційне дослідження атмосфери десятків екзопланет, шукаючи такий самий хімічний дисбаланс, який Галілей спостерігав в атмосфері Землі. Вони вже починають виявляти перші натяки на біосигнатури, які можуть збити вчених і громадськість з шляху.

Наприклад, космічний телескоп Джеймса Вебба виявив метан в атмосфері принаймні однієї планети. Цей газ є яскравою ознакою життя на Землі, але він також може походити від вулканів і не потребує існування життя. Кисень привертає увагу вчених, тому що більша його частина утворюється життям на Землі, але він також може утворюватися шляхом розщеплення світлом молекул води або вуглекислого газу. Пошук правильної суміші метану та кисню може вказувати на існування життя на іншій планеті, але цей світ має бути розташований у помірному регіоні, ні надто жаркому, ні надто холодному. Отримати правильне поєднання життєво необхідних інгредієнтів у сприятливому для життя середовищі важко, говорить Калтенеггер.

Те саме стосується ще однієї цікавої суміші атмосферних газів. Буквально минулого місяця астрономи, які вивчають дані космічного телескопа Джеймса Вебба, оголосили про виявлення метану та вуглекислого газу в атмосфері великої екзопланети під назвою K2-18 b. Вони припустили, що планета може мати водні океани, які покривають її поверхню, і натякнули на загадкові відкриття диметилсульфіду, сполуки, яка надходить на Землю з фітопланктону та інших організмів.⁶.

Заголовки почали шаленіти, оскільки новини повідомляли про можливі ознаки життя на K2-18 b. Не кажучи вже про те, що наявність диметилсульфіду повідомлялося з низькою достовірністю та потребує подальшого підтвердження. Крім того, на цій планеті практично не виявлено води. Навіть якщо вода існує, вона може бути розташована в океані настільки глибоко, що придушує всю геологічну діяльність, яка могла б підтримувати помірну атмосферу.

Створення доказів

Такі виклики спонукали Джима Ґріна, колишнього головного вченого NASA, запропонувати у 2021 році рамки, як повідомляти про докази позаземного життя.⁷. Прогресивна шкала, наприклад, від одного до семи, може допомогти передати рівень доказів існування життя в конкретному відкритті, каже він. Можливо, у вас є сигнал, який може бути викликаний біологічною активністю, що буде просто галочкою на шкалі. Вам потрібно буде виконати кілька інших кроків, як-от виключити зараження та отримати незалежні докази потужності цього сигналу, перш ніж ви зможете досягти рівня 7 і продемонструвати справжнє виявлення позаземного життя.

Це може зайняти багато часу. Телескоп міг би відчути запах цікавої молекули, і вчені могли б сперечатися про це. Для визначення контексту спостереження може бути побудований інший телескоп. Кожна цеглинка доказу має бути накладена на іншу, кожен шар будівельного розчину змішаний аргументами, сумнівами та агностицизмом багатьох, багатьох вчених. Це засновано на припущенні, що життя в іншому світі подібне до життя на Землі, і саме це припущення лежить в основі висновків, зроблених із спостережень Галілея. «Невизначеність може тривати роками чи десятиліттями», — каже Грінспан. Сагану, який помер у 1996 році, це сподобалося б.

Того ж року, коли Галілей спостерігав Землю, Саган переконав НАСА направити інший космічний корабель у напрямку, який агентство не планувало. Коли «Вояджер-1» пройшов повз Нептун на шляху з Сонячної системи, він повернув свої камери назад до Землі та зробив зображення маленької цятки, яка сяяла в сонячному промінні. Це було все Зображення знаменитої блідо-блакитної точки Що надихнуло Сагана на роздуми у своїй книзі 1994 року Блідо-блакитна точка: «Це тут. Це дім. Це ми».

Цей яскравий, крихкий піксель змінив уявлення людства про своє місце у Всесвіті. Калтенеггер каже: «Це те, як ми можемо використати нашу блідо-блакитну крапку, щоб створити модель для пошуку життя на інших планетах», — каже Калтенеггер.