Ученые предлагают новый способ обнаружения жизни на других планетах

Как жизнь может себя раскрыть?

Традиционная астробиология годами пытается найти "прямое доказательство" жизни – специфические газы, которые вырабатываются живыми организациями, в атмосфере отдельной экзопланеты. Однако такой подход уязвим к ложноположительным результатам, поскольку многие химические соединения могут возникать в результате неорганических процессов. Новое исследование предлагает принципиально другой метод, который исследователи называют агностической биосигнатурой, пишет SciTechDaily.

Смотрите также Как ученые ищут планеты, которые слишком слабые, чтобы их увидеть непосредственно

В основе этого подхода лежат две фундаментальные идеи: способность жизни распространяться между звездными системами, например, путем панспермии, и ее свойство постепенно менять характеристики планетной среды через терраформирование.

Вместо того, чтобы искать идеальную "химическую формулу" жизни, ученые предлагают анализировать популяции планет как целостную систему. Если жизнь успешно мигрирует от одной звезды к другой и модифицирует свои новые дома, это неизбежно создает статистическую связь между физическим расположением планет и их наблюдаемыми характеристиками.

Для проверки этой гипотезы команда под руководством Гаррисона Б. Смита из Токийского института наук и Ланы Синапаен из Национального института базовой биологии Японии разработала агентную модель, которая имитирует распространение жизни среди 1000 планет. В симуляции каждая планета имела свой "состав", представленный вектором из десяти чисел, отражающих ее атмосферные и геологические параметры. Когда жизнь попадает на новую планету, она меняет эти параметры, подстраивая их под свои потребности, но сохраняя часть первичных характеристик мира.

Ключевым инструментом анализа стал тест Мантеля – статистический метод, который позволяет измерить корреляцию между двумя матрицами расстояний: пространственной (где находятся планеты) и композиционной (как они выглядят).

Результаты моделирования, описаны в The Astrophysical Journal, показали, что с увеличением количества заселенных миров уровень корреляции растет, достигая пика, когда около 75 процентов планет в регионе оказываются терраформированными.

Важно, что такой паттерн становится заметным даже тогда, когда ни на одной отдельной планете невозможно с уверенностью идентифицировать биологическую активность.

Где искать лучше всего

Ученые также разработали алгоритм для выявления конкретных кластеров планет, которые с наибольшей вероятностью являются живыми. Используя метод DBSCAN, они научились группировать объекты по их составу и пространственной локализации. Наиболее перспективными считаются компактные группы миров, удаление которых из общей базы данных приводит к резкому падению статистической корреляции.

По словам Ланы Синапаен, даже если инопланетная жизнь фундаментально отличается от земной, ее масштабное воздействие на окружающую среду все равно оставит характерные следы, которые можно зафиксировать.

Преимущества нового метода

Одним из главных преимуществ нового метода является его надежность. Исследователи сознательно отдали приоритет специфичности – минимизации ложноположительных результатов. Это означает, что система может пропустить некоторые заселенные планеты, но если она указывает на кластер, вероятность ошибки чрезвычайно низкая.

Это критически важно для планирования дорогостоящих наблюдений с помощью телескопов следующего поколения, время работы которых строго ограничено.

Есть проблемы, но есть и решения

Однако реализация этого метода на практике сталкивается с определенными вызовами. В частности, звезды в Галактике не стоят на месте: их относительные скорости в солнечном соседстве составляют от 20 до 40 километров в секунду. Это означает, что за миллионы лет начальные пространственные связи между терраформированными планетами могут размываться.

Однако расчеты показывают, что при скорости полета, сравнимой с аппаратами программы Breakthrough Starshot (около 1000 километров в секунду), жизнь могла бы колонизировать 40 звездных систем за 18 000 лет – это значительно быстрее, чем звезды значительным образом изменят свое взаимное расположение.

Гаррисон Б. Смит подчеркивает, что такой подход позволяет обойти проблемы, связанные с парадоксом Ферми. Возможно, мы не видим инопланетян, потому что ищем слишком специфические технологические или химические сигналы, тогда как жизнь может быть настолько интегрированным в планетарные процессы, что становится неотличимым от природного фона. Статистический анализ популяций позволяет выявить биологию даже в таких случаях.

Следующим шагом для ученых станет лучшее изучение фонового разнообразия безжизненных миров, чтобы иметь четкую базу для сравнения и научиться отличать абиотические процессы от деятельности инопланетных экосистем.

Вам также будет интересно знать

Что такое теория панспермии

Панспермия – это научная гипотеза, согласно которой жизнь на Земле не возникла самостоятельно из неорганической материи, а была занесена из космоса. Основная идея заключается в том, что микроскопические живые организмы (например, бактерии-экстремофилы) или их зародыши (споры) способны выживать в суровых условиях вакуума и радиации, путешествуя между планетами на астероидах, кометах или метеоритах.

Сегодня ученые активно ищут подтверждение этой теории, анализируя состав метеоритов на наличие органических соединений. Они апеллируют к тому, что некоторые земные бактерии могут годами выживать в открытом космосе, что подтверждено экспериментами на МКС. Но главный аргумент против заключается в том, что панспермия не объясняет, как именно возникла жизнь, а лишь переносит этот вопрос в другое место во Вселенной.

Как ученые ищут внеземную жизнь сегодня?

Сегодня ученые ищут внеземную жизнь по трем основным направлениям: непосредственное исследование другой звездной системы с помощью наблюдений, анализ атмосфер далеких экзопланет и прослушивание космоса в ожидании сигналов от разумных цивилизаций.

Поиск биосигнатур на экзопланетах – это одно из самых активных направлений современной астрономии. Ученые используют мощные телескопы, такие как James Webb Space Telescope, для анализа света, проходящего сквозь атмосферу планеты. Каждый газ поглощает свет на определенной длине волны. Ища "пробелы" в спектре, исследователи находят кислород, метан, углекислый газ или фосфин. Наличие определенных комбинаций газов (например, метана и кислорода одновременно) может свидетельствовать о биологической активности.

Недавно ученые обнаружили потенциальные следы молекулы DMS (диметилсульфида) на планете K2-18b, которую на Земле производит только морской планктон. Также определен список из 45 самых перспективных планет для поиска жизни.