Поиск жизни: сравнивайте несколько экзопланет в одной системе

Большинство астрономов сходятся во мнении, что жизнь, вероятно, широко распространена во Вселенной. Хотя Земля — единственный известный мир с жизнью, мы знаем, что она возникла на нашей планете рано, а строительные блоки жизни, включая аминокислоты и сахара, образуются легко. Также известно, что в космосе есть бесчисленные миры, потенциально пригодные для жизни.

Однако вероятность жизни не означает, что её доказательство будет простым. Многие наблюдаемые биосигнатуры могут иметь и абиотическое происхождение. Как же быть уверенными? Один из способов — сравнить наблюдения за обитаемым миром с другими планетами в той же системе.

Наша собственная Солнечная система — хороший пример. Если бы астрономы за много световых лет наблюдали атмосферу Земли во время её транзита по диску Солнца, они обнаружили бы присутствие кислорода, водяного пара и метана — всё это может указывать на жизнь. Это было бы предположением, но не доказательством. Однако, сравнив атмосферу Земли с атмосферами Марса и Венеры, они увидели бы разительный контраст.

Атмосферы наших планет-соседей сухие и состоят в основном из CO₂. Поскольку планеты одной системы имеют сходный химический состав, уникальность земной атмосферы служит веским аргументом в пользу наличия жизни. Если бы Земля, Венера и Марс имели богатые водой и кислородом атмосферы, это ослабило бы аргумент в пользу жизни на Земле.

Именно эту идею развивает новое исследование, размещённое на сервере препринтов arXiv. Авторы предлагают изучать не атмосферы отдельных миров, а атмосферы нескольких планет в системе. Поскольку большинство планет, вероятно, безжизненны, мир с жизнью будет выделяться.

Команда рассмотрела нашу Солнечную систему и систему TRAPPIST-1. Для нашей системы результаты очевидны: атмосфера Земли настолько уникальна, что жизнь легко обнаружить по сравнению с остальными планетами.

Для TRAPPIST-1 ситуация, вероятно, более тонкая. В системе семь планет размером с Землю, и, поскольку все они обращаются близко к своей красной карликовой звезде, они, скорее всего, находятся в приливном захвате. Как показывают авторы, даже если на одной из планет TRAPPIST есть жизнь, её атмосфера не обязательно будет так же резко выделяться, как земная.

Поэтому авторы предлагают использовать атмосферы всех семи планет для формирования так называемой абиотической базовой линии. Они рассматривают несколько молекул, которые относительно легко обнаружить в атмосферах экзопланет: кислород (O₂), метан (CH₄), закись азота (N₂O) и фосфин (PH₃).

По отдельности каждая из этих молекул имеет как биотическое, так и абиотическое происхождение, поэтому их присутствие в атмосфере планеты не является окончательным доказательством. Но, имея абиотическую базовую линию для всей системы, астрономы смогут выявить планету, которая является статистической аномалией. Если у планеты в TRAPPIST будет аномально высокое содержание этих молекул, это станет веским доказательством наличия жизни.

Авторы отмечают, что этот подход всё равно не даст стопроцентной уверенности. Однако, выявив необычно сильных кандидатов на наличие жизни, астрономы смогут собрать дополнительные данные для окончательного доказательства.