Як життя може себе розкрити?
Традиційна астробіологія роками намагається знайти "прямий доказ" життя – специфічні гази, які виробляються живими організамами, в атмосфері окремої екзопланети. Проте такий підхід вразливий до хибнопозитивних результатів, оскільки багато хімічних сполук можуть виникати внаслідок неорганічних процесів. Нове дослідження пропонує принципово інший метод, який дослідники називають агностичною біосигнатурою, пише SciTechDaily.
Дивіться також Як учені шукають планети, які надто слабкі, щоб їх побачити безпосередньо
В основі цього підходу лежать дві фундаментальні ідеї: здатність життя поширюватися між зоряними системами, наприклад, шляхом панспермії, та його властивість поступово змінювати характеристики планетного середовища через тераформування.
Замість того, щоб шукати ідеальну "хімічну формулу" життя, вчені пропонують аналізувати популяції планет як цілісну систему. Якщо життя успішно мігрує від однієї зорі до іншої та модифікує свої нові домівки, це неминуче створює статистичний зв'язок між фізичним розташуванням планет та їхніми спостережуваними характеристиками.
Для перевірки цієї гіпотези команда керівництвом Гаррісона Б. Сміта з Токійського інституту наук та Лани Сінапаєн з Національного інституту базової біології Японії розробила агентну модель, яка імітує поширення життя серед 1000 планет. У симуляції кожна планета мала свій "склад", представлений вектором із десяти чисел, що відображають її атмосферні та геологічні параметри. Коли життя потрапляє на нову планету, воно змінює ці параметри, підлаштовуючи їх під свої потреби, але зберігаючи частину первинних характеристик світу.
Ключовим інструментом аналізу став тест Мантеля – статистичний метод, який дозволяє виміряти кореляцію між двома матрицями відстаней: просторовою (де знаходяться планети) та композиційною (як вони виглядають).
Результати моделювання, описані в The Astrophysical Journal, показали, що зі збільшенням кількості заселених світів рівень кореляції зростає, досягаючи піку, коли близько 75 відсотків планет у регіоні виявляються тераформованими.
Важливо, що такий патерн стає помітним навіть тоді, коли на жодній окремій планеті неможливо з упевненістю ідентифікувати біологічну активність.
Де шукати найкраще
Науковці також розробили алгоритм для виявлення конкретних кластерів планет, які з найбільшою ймовірністю є живими. Використовуючи метод DBSCAN, вони навчилися групувати об'єкти за їхнім складом і просторовою локалізацією. Найбільш перспективними вважаються компактні групи світів, видалення яких із загальної бази даних призводить до різкого падіння статистичної кореляції.
За словами Лани Сінапаєн, навіть якщо інопланетне життя фундаментально відрізняється від земного, його масштабний вплив на навколишнє середовище все одно залишить характерні сліди, які можна зафіксувати.
Переваги нового методу
Однією з головних переваг нового методу є його надійність. Дослідники свідомо надали пріоритет специфічності – мінімізації хибнопозитивних результатів. Це означає, що система може пропустити деякі заселені планети, але якщо вона вказує на кластер, ймовірність помилки є надзвичайно низькою.
Це критично важливо для планування дорогих спостережень за допомогою телескопів наступного покоління, час роботи яких суворо обмежений.
Є проблеми, але є й рішення
Проте реалізація цього методу на практиці стикається з певними викликами. Зокрема, зорі у Галактиці не стоять на місці: їхні відносні швидкості у сонячному сусідстві складають від 20 до 40 кілометрів на секунду. Це означає, що за мільйони років початкові просторові зв'язки між тераформованими планетами можуть розмиватися.
Проте розрахунки показують, що при швидкості польоту, порівнянній із апаратами програми Breakthrough Starshot (близько 1000 кілометрів на секунду), життя могло б колонізувати 40 зоряних систем за 18 000 років – це значно швидше, ніж зорі значним чином змінять своє взаємне розташування.
Гаррісон Б. Сміт підкреслює, що такий підхід дозволяє обійти проблеми, пов'язані з парадоксом Фермі. Можливо, ми не бачимо інопланетян, бо шукаємо занадто специфічні технологічні чи хімічні сигнали, тоді як життя може бути настільки інтегрованим у планетарні процеси, що стає невідрізним від природного фону. Статистичний аналіз популяцій дозволяє виявити біологію навіть у таких випадках.
Наступним кроком для вчених стане краще вивчення фонової різноманітності безжиттєвих світів, щоб мати чітку базу для порівняння та навчитися відрізняти абіотичні процеси від діяльності інопланетних екосистем.
Вам також буде цікаво знати
Що таке теорія панспермії
Панспермія – це наукова гіпотеза, згідно з якою життя на Землі не виникло самостійно з неорганічної матерії, а було занесене з космосу. Основна ідея полягає в тому, що мікроскопічні живі організми (наприклад, бактерії-екстремофіли) або їхні зародки (спори) здатні виживати в суворих умовах вакууму та радіації, подорожуючи між планетами на астероїдах, кометах чи метеоритах.
Сьогодні вчені активно шукають підтвердження цієї теорії, аналізуючи склад метеоритів на наявність органічних сполук. Вони апелюють до того, що деякі земні бактерії можуть роками виживати у відкритому космосі, що підтверджено експериментами на МКС. Але головний аргумент проти полягає в тому, що панспермія не пояснює, як саме виникло життя, а лише переносить це питання в інше місце у Всесвіті.
Як учені шукають позаземне життя сьогодні?
Сьогодні вчені шукають позаземне життя за трьома основними напрямами: безпосереднє дослідження іншої зоряної системи за допомогою спостережень, аналіз атмосфер далеких екзопланет та прослуховування космосу в очікуванні сигналів від розумних цивілізацій.
Пошук біосигнатур на екзопланетах – це один із найактивніших напрямів сучасної астрономії. Вчені використовують потужні телескопи, як-от James Webb Space Telescope, для аналізу світла, що проходить крізь атмосферу планети. Кожен газ поглинає світло на певній довжині хвилі. Шукаючи "пробіли" у спектрі, дослідники знаходять кисень, метан, вуглекислий газ або фосфін. Наявність певних комбінацій газів (наприклад, метану та кисню одночасно) може свідчити про біологічну активність.
Нещодавно вчені виявили потенційні сліди молекули DMS (диметилсульфіду) на планеті K2-18b, яку на Землі виробляє лише морський планктон. Також визначено список із 45 найперспективніших планет для пошуку життя.