Метан может стать первым обнаруживаемым признаком жизни за пределами Земли
Атмосферный метан может стать первым признаком жизни за пределами Земли, который астрономы смогут обнаружить, если жизнь распространена во Вселенной. Хотя небиологические процессы также могут генерировать метан, новое исследование учёных из UC Santa Cruz определяет набор условий, при которых можно будет убедительно утверждать, что источником метана в атмосфере каменистой планеты является биологическая активность.
Это особенно важно, поскольку метан — один из немногих потенциальных признаков жизни, или «биосигнатур», который можно будет легко обнаружить с помощью космического телескопа James Webb Space Telescope (JWST), который начнёт наблюдения позже в этом году.
«Кислород часто называют одной из лучших биосигнатур, но его, вероятно, будет трудно обнаружить с помощью JWST», — сказала Мэгги Томпсон, ведущий автор нового исследования.
Несмотря на предыдущие исследования биосигнатур метана, не существовало современной, целенаправленной оценки планетарных условий, необходимых для того, чтобы метан был хорошей биосигнатурой. «Мы хотели предоставить основу для интерпретации наблюдений, чтобы, если мы увидим каменистую планету с метаном, мы знали, какие ещё наблюдения необходимы, чтобы это было убедительной биосигнатурой», — пояснила Томпсон.
Исследование, опубликованное 28 марта в Proceedings of the National Academy of Sciences, рассматривает различные небиологические источники метана и оценивает их потенциал для поддержания богатой метаном атмосферы. К ним относятся вулканы; реакции в таких условиях, как срединно-океанические хребты, гидротермальные источники и зоны тектонического субдукции; а также удары комет или астероидов.
Аргумент в пользу метана как биосигнатуры проистекает из его нестабильности в атмосфере. Поскольку фотохимические реакции разрушают атмосферный метан, для поддержания высокого уровня его необходимо постоянно пополнять.
«Если вы обнаружите много метана на каменистой планете, вам обычно нужен массивный источник, чтобы это объяснить», — сказал соавтор Джошуа Криссансен-Тоттон. «Мы знаем, что биологическая активность создаёт большое количество метана на Земле и, вероятно, создавала на ранней Земле, потому что производство метана — довольно простая метаболическая задача».
Однако небиологические источники не смогли бы произвести так много метана, не создавая при этом наблюдаемых ключей к его происхождению. Например, дегазация вулканов добавила бы в атмосферу как метан, так и угарный газ, в то время как биологическая активность, как правило, легко потребляет угарный газ. Исследователи обнаружили, что небиологические процессы не могут легко создавать атмосферы обитаемых планет, богатые как метаном, так и углекислым газом, и с небольшим количеством угарного газа или без него.
Исследование подчёркивает необходимость учитывать полный планетарный контекст при оценке потенциальных биосигнатур. Учёные пришли к выводу, что для каменистой планеты, вращающейся вокруг солнцеподобной звезды, атмосферный метан с большей вероятностью будет считаться сильным указанием на жизнь, если в атмосфере также есть углекислый газ, метана больше, чем угарного газа, и можно исключить чрезвычайно богатый водой состав планеты.
«Одна молекула не даст вам ответа — вы должны учитывать полный контекст планеты», — сказала Томпсон. «Метан — это один кусочек головоломки, но чтобы определить, есть ли жизнь на планете, вы должны учитывать её геохимию, то, как она взаимодействует со своей звездой, и множество процессов, которые могут влиять на атмосферу планеты в геологических временных масштабах».
Исследование рассматривает различные возможности «ложноположительных» результатов и предоставляет рекомендации для оценки биосигнатур метана.
«Могут произойти две ошибки — вы можете неправильно истолковать что-то как биосигнатуру и получить ложноположительный результат или упустить что-то, что является реальной биосигнатурой», — сказал Криссансен-Тоттон. «С этой статьёй мы хотели разработать основу, чтобы помочь избежать обеих этих потенциальных ошибок с метаном».
Он добавил, что предстоит ещё много работы, чтобы полностью понять любые будущие обнаружения метана. «Это исследование сосредоточено на наиболее очевидных ложноположительных результатах для метана как биосигнатуры. Атмосферы каменистых экзопланет, вероятно, удивят нас, и нам нужно будет быть осторожными в наших интерпретациях. Будущая работа должна попытаться предвидеть и количественно оценить более необычные механизмы небиологического производства метана».