Астробиология на марше

Сегодня мы попытаемся рассказать вам о науке, которая даёт возможность поиска жизни на других планетах, в других звёздных системах других галактик необъятной Вселенной.

В XXI веке трудно кого-то удивить возникновением все новых и новых областей знания. Безусловно, свою роль сыграли фантастические романы прошлого столетия - они отлично подготовили общественное мнение и к овладению силами гравитации, и к межзвездным путешествиям в под- (над-, гипер- и т.д.) пространствах, и к возможности жизни на других планетах. Последнее особенно занимает умы многих серьезных ученых. Так, в NASA уже 20 лет успешно функционирует (и щедро финансируется правительством США) целый Институт астробиологии - NASA Astrobiology Institute. А занимается эта организация, как нетрудно догадаться, не только теориями возникновения жизни на других планетах, но и практическими поисками таковой.

Что касается жизни на других планетах нашей Солнечной системы, то этот вопрос представляется астробиологам решенным - к сожалению, ответ отрицательный. Об этом свидетельствуют данные, полученные в последние десятилетия с автоматических спутников, несколько таких («Вояджер-1», «Вояджер-2») уже пролетели всю Солнечную систему. Ни на самих планетах Солнечной системы, ни на их спутниках не замечено следов какой-либо мало-мальски организованной жизни. Разве что, возможно, простейшие, бактерии или примитивные водоросли влачат свое существование под километровой толщей льда на спутниках Сатурна, Титане или Энцеладе... Но, вернее всего, и этого нет.

Все дело в том, что для зарождения и развития жизни (то есть организованных ее форм, растений и животных) необходим целый набор планетарных условий. Во-первых, планета должна находиться в так называемой зоне жизни: обращаться вокруг своей звезды по более или менее круговой орбите и на расстоянии, позволяющем получать достаточное, но не чрезмерное количество света и тепла. Во-вторых, крайне желательно наличие воды, причем в жидком, а не парообразном или твердом состоянии, и содержащей кислород атмосферы. Умеренная гравитация и твердая или жидкая, но никак уж не газообразная, поверхность под ногами (корнями, лапами, щупальцами...) также весьма приветствуется живыми организмами, желающими спокойно размножаться и эволюционировать.

В нашей системе в зоне жизни находятся Земля с Луной, Марс со своими спутниками - Деймосом и Фобосом - и, в какой-то степени, Венера, у которой спутников нет вообще.

Но весь комплекс жизненно необходимых факторов присутствует только на Земле. Луна, Деймос и Фобос лишены воды и атмосферы. На Марсе атмосфера есть, но очень слабая (атмосферное давление у поверхности в 170 раз меньше, чем земное) и непригодная для дыхания - 95% углекислого газа и всего 0,15% кислорода. На Венере же атмосфера и вовсе ядовитая из-за облаков серной кислоты, полностью скрывающих ее поверхность. К тому же на Венере слишком жарко - около 460 °С (при такой температуре плавится свинец!). Какая уж тут жизнь, если над головой проносятся кислотные ураганы со скоростью 360 километров в час!

В общем, в Солнечной системе астробиологам «ловить нечего». Поэтому они обращают свои взоры к планетам других звездных систем (экзопланетам), которых к настоящему времени обнаружено уже более трех тысяч. Причем двести из них находятся в условиях, достаточно близких к земным, а значит, именно на них может быть обнаружена жизнь.

Сотрудник одного из подразделений Института астробиологии NASA Надер Хагигипур считает, что наиболее многообещающими в смысле наличия жизни являются так называемые сверхземли. Это планеты с массой от двух до десяти масс Земли и радиусом не более двух земных - по последним сведениям, самый распространенный вид экзопланет.

Сверхземли были обнаружены у звезд всех спектральных классов (спектральный класс определяется цветом и светимостью звезды); но, что особенно важно для астрономов вообще и астробиологов в частности, - у относительно небольших и холодных красных звезд класса М.

Поскольку эти звезды холоднее Солнца, зона жизни для их планет находится ближе к центральному светилу. А чем ближе планета к звезде, тем проще ее обнаружить: либо она сильнее воздействует на скорость звезды за счет гравитационного притяжения, либо чаще проходит перед ней и закрывает часть излучения. А звезды класса М - самые распространенные в нашей Галактике, чуть ли не 75% всего «звездного населения».

Поэтому именно экзопланеты, обращающиеся вокруг звезд класса М, являются главными объектами интересов астробиологов.

Взять хотя бы обнаруженную в 2017 году планетную систему звезды TRAPPIST-1, что в созвездии Водолея, состоящую не из одной-двух, а из целых семи землеподобных планет. Или красного карлика из тройной звездной системы Глизе 677 (созвездие Скорпиона), вокруг которого в зоне жизни обращается от трех до пяти (по приблизительным оценкам) землеподобных планет.

По мнению Хагигипура, именно на этих «сверхземлях» Водолея и Скорпиона следует в первую очередь искать организованные формы жизни - не просто одноклеточные, а развитые системы растительного и животного мира.

Но вот вопрос: как?

Если взглянуть на нашу планету из космоса, то цвет ее будет в первую очередь голубым (так как три четверти ее поверхности занимает Мировой океан), а во вторую - коричнево-желтым (пустыни, горные массивы). Но если не во вторую, то уж в третью очередь Земля покажется инопланетному наблюдателю зеленой - из-за растительного покрова, который, несмотря на все усилия промышленного производства, все еще продолжает насыщать атмосферу кислородом и радовать нас лесами, полями и лугами.

Растения - вот что во многом определяет внешний облик планеты и может указывать на существование на ней организованных форм жизни.

К такому выводу пришла коллега Хагигипура, астробиолог Нэнси Цзян из Годдардовского института космических исследований NASA.

Если на других планетах есть растения, то они, конечно же, изменят вид поверхности. В принципе, с развитием средств астрономических наблюдений, можно будет определить не только наличие планеты у звезды, ее размеры, массу и расстояние от светила, но и наличие воды, атмосферы и цвет поверхности.

Однако будут ли инопланетные растения иметь в основном зеленую окраску, как на Земле? Разумеется, нет.

Нэнси Цзян провела огромную теоретическую работу по исследованию возможной окраски растений на других планетах и установила следующие любопытные закономерности.

Как известно, самое главное для жизни растений (как и жизни животных) - это свет звезды, падающий на планету, его количество и состав (спектр). Под действием солнечного света в растениях происходит фотосинтез - преобразование световой энергии в сложные органические вещества. У земных растений фотосинтез происходит с участием пигмента хлорофилла, который и окрашивает их в зеленый цвет; благодаря фотосинтезу растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

Но наше Солнце - не красный карлик класса М, а средних размеров желтое светило класса G. Растения на планетах таких звезд вполне могут быть окрашены в зеленый, голубоватый или желтый цвет.

А вот если планета вращается вокруг красного карлика, то тут возможны два варианта. Зрелая или старая звезда класса М с устоявшимся, но прохладным по сравнению с нашим Солнцем излучением на своих планетах позволит выжить лишь растениям с очень темной, практически черной окраской. Только в этом случае растение сможет поглотить и усвоить весь скудный «световой паек».

Молодые же М-звезды, обладающие «неуправляемым» характером, то и дело опаляют свои планеты вспышками яростного ультрафиолета, отчего растения там будут в основном подводными, приятных сине-фиолетовых или темнокрасных тонов.

Более яркие, чем наше Солнце, звезды спектральных классов F и А (бело-желтый и белый соответственно) дают своим планетам слишком много света. Растения этих планет вынуждены отражать большую его часть и потому должны иметь яркую серебристо-голубую или белую окраску.

Что касается самых ярких звезд, белоголубых и голубых (спектральные классы В и О), то их излучение слишком сильно, для того чтобы на поверхности их ближних планет вообще могла зародиться жизнь.

Ольга СТРОГОВА