Життя за межами Землі: чи справді ми одні у Всесвіті?

Доки світ за 89 секунд від рукотворного Судного дня, а доступ до ядерної зброї мають дедалі більше диктаторів, ідея про переселення на іншу планету набуває практичної необхідності.

Питання про існування позаземного життя турбує людство з давніх часів, але лише зараз ми наблизилися до того, щоб знайти відповіді. Астробіологія — міждисциплінарна наука, яка поєднує астрономію, біологію, фізику та хімію, активно шукає докази життя за межами Землі. SPEKA розповідає, чого вдалося досягти вченим та скільки планет можуть бути потенційно заселеними. 

Чому життя поза межами Землі може існувати 

Оскільки наука до кінця не виявила причин, за яких зароджується життя, домінують кілька наукових теорій. Одна з них полягає у явищі панспермії, яка припускає, що життя на Землю занесено з космосу за допомогою метеоритів, комет чи космічного пилу. А це означає, що життя може існувати і десь поза нашою планетою. 

Інша теорія — принцип посередності, згідно з яким Земля не є унікальною, а життя може бути поширеним явищем. Тобто, оскільки планет мільйони, то ймовірність виникнення життя не лише на одній із них дуже висока. 

Частково розв’язати це питання вперше намагався американський астроном Френк Дрейк у 1961 році, запрпонувавши так зване рівняння Дрейка. Ця формула оцінює кількість позаземних цивілізацій у Чумацькому Шляху (пізніше й поза ним), з якими людство могло б встановити контакт. Формула складається з кількох чинників: швидкість утворення зірок, кількість планет у придатних для життя зонах, ймовірність виникнення життя, його розвиток до розумного рівня, здатність цивілізацій передавати сигнали та тривалість їхнього існування. 

Деякі з чинників залишаються невідомими, тому рівняння не дає точної відповіді. Як зазначали багато скептиків, рівняння Дрейка може давати дуже широкий діапазон значень, залежно від припущень. Наприклад, лише у Чумацькому Шляху потенційно може бути 60 млрд планет у межах зон, здатних підтримувати життя (може бути вода у рідкому стані). Та якщо врахувати, що життя може виникати рідко, а розумні цивілізації ще рідше, реальна кількість інопланетних цивілізацій оцінювалась від 1 до 10 тис. на галактику. 

Цьому припущенню опонує так званий парадокс Енріко Фермі? «Якщо розумних цивілізацій багато, то чому ми досі не знайшли жодних ознак їхнього існування?».

Натепер відкрито понад 5500 екзопланет (які задовольняють умови для виникнення життя), що вважаються «підтвердженими» НАСА, з мільярдів лише у нашій галактиці. Існують тисячі інших кандидатів, яких ще потрібно перевірити.

Як шукають придатні планети 

Успіхи відкриття екзопланет за останні десятиліття, здається, говорять нам про те, що галактика кишить трильйонами екзопланет, але знайти їх нелегко. 

Проблеми спостереження за позасонячними планетами випливають із чотирьох основних фактів: 

Астрономи досить рідко бачать екзопланети через свої телескопи так, як ви бачите Марс через телескоп із Землі. Це називається прямим зображенням, і лише незначна частка екзопланет (82) були знайдені таким чином (і це, як правило, молоді газові гіганти, що обертаються дуже далеко від своїх зірок). Більшість екзопланет знаходять за допомогою непрямих методів: 

Підписуйтеся на наші соцмережі

Машинне навчання у пошуках придатних планет 

Хоча астрономи вже відкрили понад 5200 екзопланет, але поки що не можуть точно визначити, чи є на них рідка вода. Вони можуть дізнатися, чи знаходиться планета в зоні проживання – області, де можлива рідка вода, – але не можуть безпосередньо підтвердити її наявність на поверхні. Це важливо, адже саме вода відіграла ключову роль у розвитку життя на Землі. Однією з головних відмінностей нашої планети від Венери та Марса є те, що земні океани поглинули значну кількість вуглекислого газу, що вплинуло на атмосферу і зробило її придатною для життя. Тому підтвердження рідкої води – ключ до розуміння їхньої потенційної придатності для життя.

Сьогодні вчені можуть виявити водень в атмосфері екзопланет, аналізуючи лінію поглинання Лайман-альфа. Водень утворюється, коли ультрафіолетове випромінювання зірки розщеплює водяну пару, але цей метод не дозволяє безпосередньо побачити воду на поверхні. Ситуація поступово змінюється з появою нових космічних та наземних телескопів, таких як телескоп Джеймса Вебба, а також Extremely Large Telescope (ELT). 

Вони зможуть аналізувати світло, що відбивається від екзопланет, і визначати хімічний склад їхніх атмосфер і поверхонь. Це дасть змогу отримати точніші дані про наявність води.

Через величезні обсяги даних астрономи активно використовують машинне навчання, зокрема алгоритм XGBoost. Він аналізує світло екзопланет і визначає, чи є на них вода, хмари або сніг. Дослідники навчили алгоритм на понад 53 тис. спектральних профілях Землі, змоделювавши різні умови – від снігових покривів до океанів. Виявилося, що хмари та сніг простіше розпізнати, бо вони сильніше відбивають світло. Це відкриває нові можливості в дослідженні екзопланет: машинне навчання дозволяє швидко обробляти величезні масиви даних, визначаючи найперспективніші цілі для подальших спостережень.  

Де шукають позаземне життя 

Дослідження на сьогодні зосереджені на кількох найбільш перспективних об'єктах у Сонячній системі:

Марс

На червоній планеті тривають пошуки слідів мікробного життя, особливо в місцях, де раніше існувала вода. Марсоходи Perseverance та Curiosity аналізують зразки ґрунту, шукаючи органічні молекули. Нещодавні дослідження вказують на можливість існування метаногенних бактерій у регіоні Acidalia Planitia.

Європа

Супутник Юпітера, що під своєю льодовою поверхнею, ймовірно, приховує океан рідкої води, який може бути сприятливим для життя. NASA запустило місію Europa Clipper, яка має дослідити цей океан на наявність необхідних умов для життя.

Проксима Центавра b

Проксима Центавра b, найближча до нашої Сонячної системи відома екзопланета, обертається в зоні проживання червоної карликової зірки Проксима Центавра. Вона має масу 1,27 маси Землі, що робить її суперземлею, типом екзопланети з масою більшою за земну, але значно меншою за масу газових гігантів, таких як Нептун або Юпітер. 

Дослідники вважають, що Проксима Центавра b може мати кам’янисту поверхню, припускаючи, що ця екзопланета може мати відповідні умови для підтримки рідкої води. Попри такий потенціал, Проксима Центавра b стикається з екстремальним ультрафіолетовим випромінюванням від своєї зірки, яке може знищити її атмосферу та ускладнити її придатність для проживання.

TRAPPIST-1e

TRAPPIST-1e — одна з семи скелястих екзопланет, що обертаються навколо холодної карликової зірки TRAPPIST-1. Ця екзопланета, відкрита в 2017 році, має масу приблизно 0,69 маси Землі, і їй потрібно 6,1 дня, щоб здійснити один оберт навколо своєї зірки. Його розмір і щільність свідчать про скелястий склад, подібний до земного, що підвищує потенціал для підтримки рідкої води. Деякі дослідження навіть припускають, що TRAPPIST-1e може містити більше води, ніж океани Землі, що робить його цікавою мішенню для майбутніх досліджень.

Kepler-186f

Kepler-186f була першою планетою розміром із Землю, виявленою в зоні придатній для життя. Він отримує приблизно одну третину сонячного світла, яке отримує Земля, що свідчить про те, що температура може бути сприятливою для рідкої води. Kepler-186f обертається навколо червоної карликової зірки, яка зазвичай має більшу тривалість життя, ніж більші зірки, такі як наше Сонце, тобто стабільні умови зберігатимуться на планеті довше, даючи життя більше часу для потенційного розвитку. 

LHS 1140 b

LHS 1140 b, ще одна суперземля, знаходиться в зоні проживання своєї зірки. Маса екзопланети приблизно в 5,6 разів перевищує масу Землі, що свідчить про скелястий склад. Вважається, що ця планета має щільну газову атмосферу, що має вирішальне значення, оскільки вона може допомогти зберегти тепло, підтримувати стабільну температуру поверхні та захистити потенційну рідку воду від випаровування в космос.

LHS 1140 b обертається навколо відносно тихої червоної карликової зірки, що знижує ризик шкідливих зоряних спалахів. 

Gliese 12 b

Gliese 12 b обертається навколо холодної червоної карликової зірки, і їй потрібно 12,8 дня, щоб завершити оберт. Планета, розміром приблизно з Венеру, може мати температуру близько 41.67°C, що робить її потенційно достатньо помірною для існування життя.

Вчені прагнуть вивчити атмосферу Gliese 12 b, що може дати розуміння того, як планети, розташовані поблизу своїх зірок, зберігають або втрачають свою атмосферу. Відкриття цієї «екзо-Венери» також може допомогти вченим зрозуміти придатність для життя планет, що обертаються навколо холодних зірок у нашій галактиці Чумацький Шлях.

«Землецентричний» пошук планет  

Деякі перспективні екзопланети планети, навпаки поступово випадають з цього списку після покращених розрахунків.  Наприклад, Енцелад, супутник Сатурна, знаменитий своїми гейзерами, які викидають органічні сполуки із глибокого океану під льодовою поверхнею. Однак нові дослідження ставлять під сумнів існування цього океану, припускаючи, що вода може походити з розплавленого льоду.

Загалом у пошуку позаземного життя ми опираємось на модель Землі, як єдиний наразі доступний зразок. Натомість відхилення від цього еталону, можливо навіть на краще. Наприклад дослідження 2020 року під керівництвом вченого Університету штату Вашингтон Дірка Шульце-Макуха, опубліковане в журналі Astrobiology, детально описує характеристики потенційно «суперпридатних для життя» планет, які включають ті, які старші, трохи більші, трохи тепліші та, можливо, вологіші за Землю. 

Наприклад, планета, яка на 10% більша за Землю, повинна мати більше землі, придатної для життя. Очікується, що розмір в 1,5 раза перевищує масу Землі, довше збереже внутрішній нагрів, а також матиме сильнішу гравітацію, щоб утримувати атмосферу протягом більш тривалого періоду.

А вища середня температура поверхні приблизно на 5 градусів за Цельсієм, разом із додатковою вологістю також були б кращими для життя. Подібні умови (тепло та волого) спостерігаються на Землі у тропічних лісах, які мають найвище біорізноманіття.