Вместе с углекислым газом и отсутствием угарного газа метан в атмосфере экзопланеты может указывать на существование жизни.

В нашей Солнечной системе сейчас совсем немного мест, где могла бы существовать жизнь, кроме Земли, конечно. Марс, подповерхностные океаны на нескольких спутниках планет-гигантов и с очень большой натяжкой Венера – все их можно пересчитать по пальцам. И даже если жизнь там существует, она очень хорошо прячется и совсем не спешит показаться астробиологам. Другое дело – экзопланеты,  планеты в других звёздных системах. Их на сегодня известно более четырёх тысяч, из которых как минимум два десятка считаются неплохими кандидатами на «обитаемость».

Первая подтверждённая экзопланета Kepler-186f, находящаяся в «обитаемой зоне», в представлении художника. (Иллюстрация: NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle)

Жизнепригодность экзопланеты очень грубо можно оценить по тому, насколько она похожа на Землю. Если она не слишком большая и не слишком маленькая, не находится слишком близко или слишком далеко от своей звезды, если на ней может существовать жидкая вода, то почему бы на ней и не быть чему-то живому? По крайней мере, за неимением других примеров инопланетной жизни, исследователям приходится пользоваться такой довольно простой логикой. Экзопланет, похожих на Землю, много, но как их изучать, если ближайшая из них находится от нас на расстоянии в четыре с лишним световых года?

Если к Марсу или даже спутнику Сатурна мы можем послать исследовательский зонд, изучить атмосферу и поверхность и даже получить красочные фотографии, то для экзопланет такая «роскошь» по понятным причинам недоступна. Единственное, что у учёных есть от экзопланет, это чуть-чуть света. Но и по крохотному лучику, преодолевшему путь в десяток световых лет, можно узнать об экзопланете очень многое.

Когда свет от звезды, вокруг которой вращается экзопланета, ненадолго просвечивает её атмосферу, то часть этого света поглощается или рассеивается молекулами, составляющими атмосферу экзопланеты. Сравнивая спектр излучения звезды и спектр света, прошедшего сквозь экзопланетную атмосферу, можно узнать её примерный химический состав, потому что разные вещества имеют свои характерные спектральные «отпечатки». Так какие молекулы укажут нам на жизнь?

В первую очередь, это, конечно, кислород. На Земле кислород – основа жизни. Без постоянной биоподпитки кислород из атмосферы довольно быстро (по геологическим меркам) пропадёт, даже если он там по каким-то причинам и появился на одном из этапов эволюции планеты. Поэтому, если мы обнаруживаем в экзопланетной атмосфере кислород, то с очень большой вероятностью он будет свидетельствовать о существовании на экзопланете, по крайней мере, чего-то одноклеточного и фотосинтезирующего, вроде наших земных цианобактерий.

Но если кислорода нет, значит ли это, что на обитаемости экзопланеты можно поставить крест? Действительно, если взять Землю, то с момента зарождения жизни до появления в атмосфере заметных количеств кислорода прошло около одного миллиарда лет. И было бы обидно, если мы, изучив атмосферу какой-нибудь экзопланеты, посчитаем её безжизненной только на основании того, что там не будет кислорода.

Как пишет в The Planetary Science Journal группа исследователей из Вашингтонского университета и Калифорнийского университета в Санта-Круз, даже в отсутствие кислорода жизнь может проявить себя метаном и углекислым газом – при условии, что в атмосфере при этом не будет угарного газа. Метан – ещё один газ, который также могут синтезировать организмы в процессе своей жизнедеятельности. Научиться производить метан живым организмам несколько проще, чем кислород. Поэтому на ранних этапах эволюции жизни на экзопланете в её атмосфере будет определённое количество метана. Проблема в том, что метан в воздухе может появиться не только благодаря жизни, но и за счёт совсем не живых процессов, например, при извержениях вулканов. Однако, как следует из нового исследования, можно отличить «живой» метан от «неживого».

Дело в том, что вулканы вместе с метаном и углекислым газом выбрасывают в атмосферу большое количество угарного газа – CO. Но если на экзопланете есть пусть и примитивная, но жизнь, то она угарный газ с большой вероятностью утилизирует. Получается, что большое количество угарного газа означает отсутствие жизни. Если же в атмосфере, насыщенной метаном и углекислым газом, будут лишь следовые количества газа угарного, значит, скорее всего, кто-то потрудился, чтобы его «съесть».

Большие астробиологические надежды исследователи возлагают на орбитальный телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого планируется в октябре 2021 года. Он позволит не только обнаруживать невидимые сейчас с поверхности Земли экзопланеты, но и получать данные о составе атмосфер экзопланет. Поэтому вполне возможно, что следы внеземной жизни получится найти за пределами Солнечной системы даже раньше, чем где-нибудь на Марсе.

По материалам The Planetary Science Journal.