Умирающие экзопланеты пахнут гнилой капустой

Умирающие экзопланеты пахнут гнилой капустой

Астробиолог Джек О'Мэлли-Джеймс ( Jack O'Malley-James) из Сент-Эндрюсского университета (Великобритания) вместе с коллегами выясняет, насколько универсальны разыскиваемые сегодня признаки жизни на экзопланетах.

Учёные смоделировали признаки, которыми располагает жизнь не в сегодняшнем её земном виде (цветёт-пахнет и радует), а те, что должны выдать живое, в прямом смысле находящееся на пороге смерти. Как известно, всего через пару миллиардов лет светимость Солнца увеличится до такой степени, что — сбрасывая со счётов деятельность человечества, перспективы которого на тот момент нам пока не вполне ясны, — все вот эти жирафы и белые медведи, что сегодня нас окружают, исчезнут в принципе, как и крупные животные вообще. Океаны испарятся, а температура поднимется до невыносимой, оставив только экстремофильные бактерии.

Чтобы воспроизвести это, исследователи «отмотали» историю планеты на 2,8 млрд лет вперёд.

Повышение температуры, которое случится к этому времени, заставит силикатные горные породы так активно связывать углекислый газ, что в атмосфере его останется столько, что растения и цианобактерии не смогут поддерживать на его основе интенсивный фотосинтез. В итоге концентрация кислорода упадёт до пребиогенной, а отсутствие фотосинтезирующих организмов уничтожит основанные на них экосистемы — то есть большинство земных экосистем вообще, вместе с позвоночными и основной массой беспозвоночных.

Но хотя сложным организмам через 1,20–1,85 млрд лет настанет конец, ещё около 1–1,5 млрд лет микробы смогут существовать в анаэробном мире. В горах и пещерах — где температура будет несколько ниже, чем на планете в целом, — они протянут особенно долго, возможно, вплоть до момента превращения Земли в сплошной океан лавы, постоянно нагреваемый расширяющимся Солнцем.

Как такие изменения в биосфере отразятся на возможностях астрономов находить подобные будущей Земле экзопланеты? Уже через 1,12 млрд лет инопланетные учёные не найдут следов кислорода в земной атмосфере: из-за гибели высших растений его концентрация упадёт до пренебрежимой. Иными словами, найди такую планету телескопы сейчас, с вероятностью 100% они посчитали бы её необитаемой: нет озона, нет кислорода, нет жизни, как утверждает нынешняя схема поисков внеземных живых существ.

Однако эту «кислородную слепоту» можно преодолеть. Согласно исследователям, изопрен (полимером которого является каучук), наиболее распространённый углеводород в организме человека и ряда других живых существ, в бескислородный атмосфере должен значительно повысить свою концентрацию, благо ему не с чем будет реагировать. Со временем он достигнет уровня, подлежащего обнаружению с помощью спектроскопического изучения атмосфер экзопланет.

Ещё до этого смерть животных и высших растений приведёт к массовому гниению белков, сопровождающемуся выделением метантиола — гнусно пахнущей субстанции, которую можно обнаружить даже при сравнительно невысокой концентрации в атмосфере, особенно если отсутствует кислород, с коим она способна реагировать. Впрочем, без озонового слоя метантиол будет быстро разлагаться солнечным светом до этана — газа, который также может быть косвенным индикатором наличия жизни на планете земной группы.

Менее надёжным детектором послужит метан, концентрация которого в атмосфере Земли — и сходных с ней экзопланет — со временем повысится вдесятеро против нынешнего уровня. Увы, он может быть продуктом вулканической деятельности (кроме бактерий), то есть этот признак умирающей планетарной жизни не совсем хорош.

Другим следом микробной жизни могут стать необычайно мощные облака над горячими, сухими, почти безводными планетами (привет Венере). Как подчёркивают учёные, сегодня в земной тропо- и стратосфере уже достаточно бактерий (20% всех частиц в верхней тропосфере — бактерии), хотя роль их там и не ясна. Но точно известно, что они и продукты их жизнедеятельности могут служить ядрами образования необычайно крупных капель, провоцирующих возникновение облаков даже в весьма сухой атмосфере.

Всё это замечательно, скажете вы, но разве это не сознательное упрощение задачи? Очевидно, что если мы взялись моделировать Землю будущего, то надо учесть и влияние разумной жизни, которая может здорово исказить все описанные явления: вряд ли наши потомки, или, условно говоря, любые другие разумные обезьяны/дельфины/крысы с восторгом сложат лапки на груди в ожидании неизбежного вымирания животных и высших растений.

«Разумная жизнь — фактор, с трудом поддающийся учёту в предсказаниях такого рода, — сокрушается по поводу существования такой нелепицы г-н О'Мэлли-Джеймс. — Определённо возможно, что разумная жизнь предпримет меры по смягчению изменений посредством неких видов геоинжиниринга [искусственных «доработок» планеты] или даже передвижением планеты с её орбиты на более далёкую от светила, а потому более прохладную». Вот ведь!.. Только наши астрономы выработали методы нахождения умирающих биосфер, как нам начинают всё портить!

Но и здесь не всё безнадёжно. «Предсказывать, какими будут следы жизни при таком влиянии [внеземной цивилизации], будет очень сложно, но, быть может, искусственное воздействие просто заставит биосферу планеты выглядеть моложе, чем мы ожидали бы, исходя из её возраста», — рассуждает учёный. Это, бесспорно, очень многообещающая идея, но у неё есть некоторые естественные ограничения.

Во-первых, «моложе» или «старше» биосфера, чем ей по нашим расчётам положено быть, мы поймём, только если речь идёт о короткоживущих в биологическом отношении экзопланетах, таких как наша Земля, вращающаяся вокруг жёлтого карлика, который быстро меняет свою светимость в сторону увеличения. Это дом для сложных организмов на не более чем пару миллиардов лет (пренебрегая влиянием разумной жизни). Напротив, большинство звёзд Вселенной, так называемые красные карлики с поверхностью в пару раз холоднее солнечной, меняют светимость радикально медленнее. Время их жизни не десяток миллиардов лет, как у Солнца, а до триллиона; следовательно, они дают многоклеточным на своей поверхности до сотен миллиардов лет времени. Понять, моложе ли их биосферы, чем «нужно», нам будет дьявольски сложно, если вообще возможно.

Во-вторых, даже в системах жёлтых и оранжевых карликов всё, что мы сегодня с уверенностью можем сказать по опыту наблюдений их экзопланет, это то, что удаление тел земной группы от звезды типа нашего Солнца в Солнечной системе пока не совпадает почти ни с какой другой планетарной системой. Быть может, в этом виноваты несовершенства наших телескопов. Быть может, дело в том, что распределение скалистых планет в своих системах вообще предельно разнообразно, и понять, передвинули ли разумные инопланетяне свой дом с «правильной», естественной орбиты на менее естественную, но куда более жизнепригодную, будет очень непросто.

Тем не менее изложенные Джеком О'Мэлли-Джеймсом признаки «умирающей Земли», такие как следы изопрена, этана и больших количеств метана, равно как и «сухая облачность», могут сыграть важную роль даже в том случае, если большинство внеземных цивилизаций оставят свои планеты обитаемыми максимально скрытным образом. Как бы они ни старались, если длительные наблюдения при помощи будущих телескопов покажут, что процент «умирающих экзоземель» вокруг жёлтых карликов сравнительно мал относительно молодых планет со следами кислорода и воды, это, скорее всего, будет означать, что тамошние разумные граждане всё же приложили руки/ногошупальца к ситуации. Кстати, следующее поколения космических телескопов вполне позволит нам с нужной точностью анализировать атмосферы планет на десятки световых лет кругом — и тогда мы с высокой вероятностью получим ответ на вопрос, «уникальна ли Земля».

Следующей задачей группа г-на О'Мэлли-Джеймса видит моделирование обратного случая вымирания биосферы — не от жары, а от холода. Для этого учёные собираются смоделировать близко расположенный Марс, населив его «виртуальными» бактериальными сообществами. А затем, ухудшая условия их существования симулированием потери газовой и водной оболочек, как это и случилось с Марсом, они надеются найти точные признаки марсианского сценария вымирания жизни и с их помощью выявлять не только «экзоземли», но и «экзомарсы».

Отчёт об исследовании опубликован в International Journal of Astrobiology, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Astrobiology Magazine.