Для поиска жизни вне Земли мало найти планеты с благоприятными условиями — нужно также представлять, какие естественные процессы могут формировать признаки, сходные с биологическими. В атмосфере далекого мира могут присутствовать вода и углекислый газ, но это еще не говорит о наличии там живых организмов. Чтобы точнее трактовать наблюдения, исследователи построили компьютерную модель Земли, полностью исключив из нее влияние жизни. О том, как эта модель поможет искать обитаемые миры и отличать их от планет с жизнью, — в материале «Известий».
Земля без биосферыСпециалисты Вашингтонского университета создали комплексную компьютерную модель Земли, описывающую ее эволюцию без участия живых организмов. Результаты опубликованы в The Planetary Science Journal (PSJ). Модель рассматривает отрезок от 50 млн лет после формирования планеты до 5 млрд лет и воспроизводит 19 основных параметров доиндустриальной Земли через 4,5 млрд лет эволюции.
В расчетах исследователи соединили процессы в ядре, мантии, земной коре, на поверхности и в атмосфере. Модель принимает во внимание обмен химическими веществами между этими оболочками планеты и воздействие солнечного излучения. В числе воспроизведенных параметров — содержание углекислого газа и водяного пара в атмосфере, температура поверхности, отражательная способность планеты, масса океанов и температура верхней мантии.
Предыдущая модель уже описывала внутреннее строение Земли и воздействие звездного излучения, но не принимала во внимание поверхность и атмосферу в полном объеме. Новая работа соединила эти компоненты и дала возможность проследить, как геологические процессы отражаются на условиях на поверхности планеты.
Когда планета похожа на живуюКлючевая трудность при поиске внеземной жизни — отличить обитаемые миры от населенных. У первых есть условия, потенциально пригодные для существования организмов, в частности жидкая вода и подходящая температура. У вторых должны присутствовать признаки биологических процессов.
При этом ряд характеристик атмосферы способен формироваться без участия жизни. На Земле, к примеру, геологические процессы воздействуют на содержание газов в атмосфере, а взаимодействие поверхности и недр задает климатические условия. Поэтому находка отдельных веществ на экзопланете сама по себе не подтверждает существование там организмов.
Саманта Гилберт-Джанизек, ведущий автор исследования
Какие следы оставляет безжизненная планетаЭта модель поможет нам увидеть, как обитаемые, но безжизненные планеты могут имитировать живые миры. При интерпретации наблюдений за атмосферой экзопланеты этот инструмент поможет нам определить вероятность того, что наблюдаемые наши данные указывают на наличие жизни на поверхности.
Кроме того, ученые вычислили, как мог бы выглядеть спектр отраженного света от Земли без жизни. Для этого они смоделировали диапазон длин волн от 0,2 до 2 мкм — именно в этой области планируется вести наблюдения с помощью будущей обсерватории Habitable Worlds Observatory (HWO).
В расчетах принимались во внимание спектральные признаки углекислого газа, водяного пара, кислорода, озона и метана. Это существенно, так как часть этих веществ астрономы считают потенциальными биосигнатурами — признаками, способными указывать на существование живых организмов. Однако их наличие нужно оценивать с учетом других характеристик планеты и вероятных небиологических источников.
Полученный спектр способен стать эталоном для сопоставления с наблюдениями реальных экзопланет. Если атмосферные параметры далекого мира получится объяснить геологическими и физическими процессами без участия биологии, это уменьшит вероятность того, что найденные сигналы связаны с жизнью. Если же модель не воспроизведет наблюдаемую картину, планета окажется более интересным объектом для дальнейшего изучения.
Следующий шаг — другие планетыИсследователи надеются адаптировать модель к конкретным экзопланетам. Для этого они смогут задавать начальные параметры изучаемого мира, включая характеристики атмосферы и отражательную способность поверхности, а затем проверять, удается ли объяснить наблюдения без биологических процессов.
Такая работа может оказаться полезной при подготовке будущей обсерватории HWO. Проект NASA предусматривает создание космического телескопа для изучения землеподобных планет у звезд, сходных с Солнцем. В числе его задач — поиск атмосферных признаков, способных указывать на существование жизни.
Рори Барнс, старший автор исследования
Работа доктора Гилберт-Джанизек представляет собой важный шаг к пониманию того, где во Вселенной может существовать жизнь. После более чем 10-летней работы многих ученых доктор Гилберт-Джанизек наконец завершила создание модели, которая одновременно воспроизводит свойства ядра, мантии, поверхности и атмосферы Земли. Это дает нам уверенность в точности будущих моделей экзопланет.
При этом модель имеет ограничения: она опирается на ряд допущений о ранней истории Земли, включая развитие тектоники плит и состав атмосферы. Кроме того, успешное воспроизведение параметров безжизненной планеты не дает окончательно доказать отсутствие организмов. Для поиска жизни понадобится сопоставлять результаты моделирования с наблюдениями и принимать во внимание другие возможные объяснения атмосферных сигналов.