Жизнь во Вселенной

О поисках внеземного разума уроженка Канады Сара Сигер говорить не хочет. Она избегает подобных терминов и сознательно говорит только о поисках «жизни». В конце концов, молодой раздел науки – экзопланетологию – не стоит ставить в один ряд с теорией НЛО.

В детстве Сара проводила много времени на природе, и открытие новых, неожиданных вещей приводило её в восхищение. Собственно, дочь врача, известного эксперта по трансплантации кожи, она должна была пойти по стопам отца. Но когда ей исполнилось 16, Сара Сигер получила свою первую подзорную трубу. И её жизнь пошла по другому пути.

Её нынешний телескоп TESS вращается вокруг Земли на высоте более 350 000 километров с тех пор, как в апреле 2018 года NASA запустило в космос исследовательский зонд. Команда специалистов MIT постоянно изучает его данные и отбирает из них наиболее многообещающие.

Разрешение TESS с его четырьмя глазами-телескопами диаметром всего по 10 см слишком мало, чтобы однозначно и без сомнений обнаруживать планеты. Этой задачей занимаются крупные обсерватории на Земле. Благодаря высокой чувствительности они, обнаружив ослабления света, могут искать другой подозрительный сигнал. Например, если вокруг звезды вращается планета, она своей силой тяжести вызывает минимальные изменения круговой орбиты.

Эти странные новые миры

Разнообразие новых миров, обнаруженных до сих пор в ходе поиска экзопланет, стало неожиданностью даже для самих астрономов. Некоторые из более чем 5 000 известных на сегодня небесных тел во много раз больше газового гиганта Юпитера и совершают оборот вокруг своего светила всего за несколько дней. Другим для этого требуется почти миллион лет. Некоторые планеты вращаются вокруг двух солнц. Другие постоянно обращены к своей звезде только одной стороной. На некоторых температура достигает почти 400 градусов Цельсия, тогда как другие «дрожат от холода» при минус 220 градусах. Этот «зоопарк небесных тел» воистину достоин восхищения.

«К сожалению, на данный момент у нас нет времени, чтобы по достоинству оценить все это, насладиться и подумать о каждой из этих планет», – говорит Сигер. Их просто слишком много, и поиски двойника Земли отодвигают все остальное на второй план.

Как ищут следы жизни

На что, собственно, обращают внимание астрономы в поисках жизни в космосе? Даже лучшие телескопы, которые мы можем представить себе сегодня, не в состоянии сделать снимки организмов из далеких миров – будь то микробы или «зеленые человечки». «Мы концентрируемся на следах жизни, – объясняет Сара Сигер. – На газах в атмосфере экзопланеты».

К счастью, физика открывает возможности распознавать подобные следы – даже на расстоянии в миллиарды километров. Каждое химическое соединение в атмосфере планеты при облучении поглощает определенные цвета спектра, то есть специфические длины волн. Когда ученые «ловят» отраженный свет планеты и раскладывают его на цветовые элементы, из которых он состоит, то получают серию разноцветных полос, напоминающую радугу. В этом спектре есть темные промежутки. Узор напоминает штрихкод, он уникален для каждой молекулы. Астрономы говорят о так называемых биосигнатурах – спектральном «отпечатке пальцев» внеземной жизни.

Этот метод позволяет целенаправленно искать «подозрительные» газы. Но какие именно? «Я думаю, в настоящее время это кислород», – говорит Сигер и при этом имеет в виду Землю. В атмосфере нашей планеты его не было бы без растений и планктона, которые постоянно производят этот газ.

Но даже кислород однозначно не доказывает наличие жизни. Так, эксперты обнаружили этот газ в тонкой газовой оболочке одной из лун Юпитера. Там он образуется в результате неорганических процессов, при которых вода распадается на кислород и водород. Легкий водород, преодолевая малую силу притяжения небесного тела, устремляется в космос, а мнимый «отпечаток» остается в атмосфере. Ложный след.

Разнообразие новых миров стало неожиданностью для астрономов

Список планет-кандидатов

Альтернативным кандидатом, указывающим на присутствие жизни, считается хлорофилл. Зеленый пигмент обеспечивает растениям возможность запасать энергию солнечного света в форме биомолекул.

Однако неизвестно, будет ли этот принцип действовать на экзопланете точно так же, как и на Земле. Например, на планете, которая вращается вокруг красного, а не желтого солнца, растения могут улавливать энергию на основе других цветов спектра, отличных от хлорофилла. Молекула красного или синего пигмента, «отпечаток пальца» которой ученым неизвестен, не подходит им в качестве биосигнатуры.

Поэтому Сигер призвала к своего рода сетевому поиску: вместе со своей командой она предполагает, какие простые (по сравнению с хлорофиллом) молекулы могут быть образованы из таких элементов, как углерод, водород, кислород, сера, азот и фосфор, указывающих на наличие жизни. В результате ученые получили список из 14.000 возможных газов, сигнатуры которых астробиологи могут искать в свете, который отражает планета. Это огромная задача.

Сигер и ее команда составляют список планет, напоминающий своего рода телефонную книгу, полную многообещающих номеров, с которыми должны установить контакт новые поколения телескопов – обсерватории, которые действительно смогут идентифицировать планету, очень похожую на Землю.

Уэбб и его потомки

Начало этому проекту должен положить космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) – гигант с системой золотых зеркал диаметром 6,5 метра, который после многих лет задержки все-таки был запущен в космос в первый день Рождества 2021 года и уже в июле отправил на Землю свои первые снимки. На них изображены туманность Карина и туманность Южное Кольцо – облака из газа и плазмы, выброшенные умирающей звездой, пять галактик на расстоянии 260 световых лет от Земли и галактическое скопление SMACS 0723, находящееся на расстоянии 4,6 млрд. световых лет от нас. Однако JWST вынужден анализировать комбинированный свет далекой звезды и ее планеты. Его разрешение слишком мало, чтобы изучать оба небесных тела раздельно.

Намного большие шансы на обнаружение внеземной жизни даст следующее поколение связанных с Землей телескопов, прежде всего Extremely Large Telescope (ELT), который в настоящее время строит в Чили Европейская южная обсерватория (Europäische Südsternwarte – ESO). Его главный козырь – зеркало диаметром почти 40 метров, самое большое в своем роде. Решающие указания на наличие жизни должна обеспечить специальная экзопланетная камера PCS (сокращение от Planetary Camera and Spectrograph), которая будет вмонтирована в фокус телескопа ELT и сможет анализировать улавливаемый им свет. Однако для завершения строительства необходимо решить некоторые технические проблемы.

Сердцем PCS является зеркало размером с руку, состоящее из более чем 10.000 миниатюрных зеркал. Его прототип создается в настоящее время в лабораторном помещении без окон в подвале штаб-квартиры ESO в Гархинге (Garching) неподалеку от Мюнхена. Это поистине филигранная работа.

Перед физиком Маркусом Каспером (Markus Kasper) гордо возвышается отливающий серебром монстр – оптическая скамья: на массивном столе с множеством отверстий ученый установил зеркала, линзы, источники света и детекторы – своего рода полосу препятствий для света. Здесь он работает над технологией, без которой даже такой гигант, как Extremely Large Telescope (ELT), в поисках планет оказался бы слеп, как крот.

Наземные телескопы

Каспер, подобно астрофизику из Массачусетского технологического института Саре Сигер, принадлежит к охотникам за экзопланетами и прошел путь от юношеского интереса к звездам, за которым последовал первый телескоп, до написания дипломной работы по физике. Именно тогда ученый получил задание обеспечить телескопам более острое «зрение» с помощью своего рода очков. Но вместо того, чтобы, подобно Сигер, устремиться вверх, в космическое пространство, Каспер поставил перед собой задачу усовершенствовать наземные телескопы.

Благодаря своему зеркалу ELT в отличие от космического телескопа Джеймса Уэбба должен быть в состоянии распознавать экзопланету рядом со звездой и непосредственно анализировать отфильтрованный свет. Это предприятие Европейская южная обсерватория (Europäische Südsternwarte – ESO) сравнивает с наблюдением за молью, летающей вокруг фонарного столба, находящегося на расстоянии многих десятков километров.

Космический подсолнух

Сара Сигер также надеется, что ученые постепенно приближаются к цели. С помощью Starshade – проекта космического аппарата в виде диска, похожего на гигантский цветок подсолнечника, – астрофизик собирается блокировать свет звезды. Благодаря своей особой форме «лепестки» цветка предотвращают образование мешающих световых узоров посредством дифракции и рассеивания света по краям диска. Это поможет распознать землеподобные планеты, вращающиеся вокруг звезды, похожей на Солнце. Starshade имеет диаметр в десятки метров и во внеземном пространстве сможет раскрываться на определенном расстоянии от космического телескопа, подобно гигантскому зонтику. И хотя до этого еще далеко, коллективу ученых из Принстонского университета недавно удалось сделать важный шаг на этом пути. С помощью модели исследователи доказали, что Starshade на некотором расстоянии от космического телескопа действительно обеспечит ему очень высокую чувствительность. Впервые подобная конструкция может быть использована в обитаемой экзопланетной обсерватории (Habitable Exoplanet Observatory – HabEx).

А что потом?

По состоянию на июль 2022 года ученые открыли уже 3.793 планетные системы – то есть звезды, вокруг которых вращаются одна или несколько планет, – подобные нашей Солнечной системе. Смогут ли исследователи представить доказательства того, что та или иная очередная обнаруженная планета представляет собой вторую Землю? Что на ней существует жизнь? Утратит ли окончательно наша планета свое значение как центр Вселенной, завершая начатую Коперником революцию, как предполагают специалисты по истории науки?

Starshade и Extremely Large Telеscope с их все еще ограниченными возможностями будут в состоянии проанализировать не так уж много землеподобных планет в нашем ближайшем космическом окружении – может быть, 50, может быть, 100. Выбор невелик и напоминает игру в лотерею. Однако на сегодня это единственная возможность ответить на древнейшие вопросы человечества.

Еще один вопрос: смогут ли люди когда-нибудь заказывать путешествия в отдаленные миры столь же легко и просто, как сегодня – круизы? Космическому агентству США (NASA) это уже сейчас представляется настолько хорошей идеей, что недавно оно открыло в интернете бюро путешествий к экзопланетам. С его помощью туристы уже сейчас могут отправиться в виртуальные туры.