Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

С этим вопросом ко мне обратился Мишель Майор, исследователь, открывший экзопланету 51 Пегаса b и положивший начало науке, которой посвящена эта часть книги. Незадолго до того, в 2015 г., он получил престижную премию Киото за достижения в области фундаментальных наук. На торжествах по случаю вручения награды обсуждались различные аспекты изучения экзопланет, а во время перерыва на кофе Майор любезно выслушал мой скомканный рассказ о том, чем я занимаюсь. Заданный им вопрос показывает, что тема поиска внеземной жизни по-прежнему ставит в тупик даже первопроходцев изучения внесолнечных планет.

Когда мы начали находить небольшие планеты, движущиеся вокруг своих звезд по орбитам, которые потенциально могут обеспечивать умеренную температуру на их поверхности, мы стали все чаще сравнивать их с Землей, пытаясь обнаружить сходство. Может ли какая-то из этих планет не просто быть пригодной для жизни, но и на самом деле быть населена живыми существами? Первый шаг на пути к ответу — задуматься, какие формы жизни мы можем обнаружить с наибольшей вероятностью. Учитывая значительное разнообразие условий, в которых могут выживать микроорганизмы, предполагается, что микробы вне Земли должны встречаться намного чаще, чем разумная жизнь. Но как найти то, что не способно самостоятельно заявить о своем существовании?

«Обоснованное предположение»

Допустим, мы нашли твердотельную планету размером с Землю, которая обращается вокруг звезды в зоне умеренных температур. Планета находится так далеко, что никакой космический аппарат не доберется до нее в течение нашей жизни, но при этом у нас есть возможность изучать ее атмосферу при прохождении по диску звезды. Как определить, что на этой планете развилась жизнь?

Идеальное решение — наблюдать за планетой, о наличии жизни на которой нам достоверно известно, и выявить ее признаки. По счастливой случайности такая возможность представилась аппарату «Галилео» на его пути к Юпитеру. Согласно первоначальному плану NASA, зонд должны были запустить из грузового отсека космического челнока «Атлантис». С помощью мощного разгонного блока «Галилео» мог быть выведен на прямую траекторию к внешней части Солнечной системы. Однако из-за трагической гибели «Челленджера» в 1986 г. были введены новые строгие правила безопасности, запрещавшие доставку полностью заправленного топливом блока внутри космического челнока к месту пуска. В итоге запущенный с «Атлантиса» в 1989 г. «Галилео» получил значительно меньшее ускорение, чем ожидалось.

Чтобы аппарат все-таки смог добраться до Юпитера, его направили по траектории, проходившей вблизи Венеры и Земли. Пролетая на небольшом расстоянии, аппарат получил дополнительное ускорение от гравитации планет, выступивших в роли ракеты-носителя. Такие разгоны называют гравитационными маневрами и часто используют для сокращения количества топлива, требуемого для того, чтобы добраться до какой-либо области в межпланетном пространстве.

Для «Галилео» сближение с Землей не прошло зря. Повернув камеры в нашу сторону, космический аппарат в течение некоторого времени наблюдал за Землей из космоса. Если бы мы не смогли сделать вывод о наличии на Земле бьющей ключом жизни с расстояния всего лишь 1000 км, надеяться на раскрытие тайн далеких миров, находящихся в десятках световых лет от нас, вряд ли бы стоило. Но что именно мы искали и увидели?

Жизнь — не пассивный довесок к нашей планете. Такие процессы, как фотосинтез, дыхание и разложение, оставляют свой след в составе атмосферы. «Галилео» должен был найти нечто такое, что все формы жизни — от разумных существ до микроорганизмов — вырабатывают в количествах, которые позволят обнаружить это либо в атмосфере, либо фиксируя изменения в глобальных характеристиках планеты. Иными словами, целью «Галилео» были биомаркеры.

Анализируя диапазон длин волн, поглощаемых нашей атмосферой при прохождении через нее солнечного света, приборы на «Галилео» смогли определить состав молекул в земной атмосфере, обнаружив четкие признаки наличия в ней двух побочных продуктов жизни — кислорода и метана. Также были найдены следы воды: анализ света, отражаемого поверхностью нашей планеты, показал возможность обнаружения воды в твердой, жидкой и газообразной формах, указывающих на круговорот этого вещества на планете. Кроме того, «Галилео» зафиксировал упорядоченные радиосигналы, свидетельствующие о наличии разумной жизни. А если бы ему не удалось уловить радиосигналы, хватило бы полученных данных для вывода о существовании на планете определенных форм жизни? В 1993 г. коллектив исследователей под руководством американского астронома и популяризатора науки Карла Сагана подготовил статью для журнала Nature, в которой обобщались результаты эксперимента. Саган и его коллеги были весьма осторожны в оценках, заявив, что выявленные Галилео признаки «позволяют высказать обоснованное предположение о наличие жизни на Земле».