В 1977 году в газете New York Times была опубликована статья “В поисках конца космического одиночества”, в которой описывались попытки физиков поймать радиосообщения от инопланетян. Проект, получивший название “Поиск внеземного разума” (SETI), находился еще на начальной стадии, и его сторонники пытались убедить своих коллег и Конгресс в целесообразности финансирования этой идеи.
За почти полвека, прошедшие с момента публикации той статьи, стремление выяснить, существует ли кто-либо или что-либо за пределами Земли, получило более широкое научное обоснование. Тогда астрономам еще не удалось обнаружить ни одной планеты за пределами нашей Солнечной системы. Теперь мы знаем, что Галактика изобилует разнообразными мирами. Если раньше океаны нашей планеты считались чем-то исключительным, то сегодня есть данные о том, что подповерхностные воды есть у многих лун во внешней части Солнечной системы.
Наши представления о диапазоне сред, в которых может существовать жизнь, также расширились благодаря открытию на Земле экстремофильных организмов, способных процветать в гораздо более жарких, соленых, кислых и радиоактивных условиях, чем считалось ранее, включая существ, обитающих в подводных гидротермальных источниках.
Сейчас мы как никогда близки к тому, чтобы узнать, насколько распространены обитаемые миры, подобные нашему. Новые инструменты, включая машинное обучение и искусственный интеллект, могут помочь ученым пересмотреть свои прежние представления о том, что такое жизнь. Приборы будущего будут анализировать атмосферы далеких планет и сканировать образцы из нашей Солнечной системы, чтобы определить, содержатся ли в них характерные химические вещества в пропорциях, необходимых для процветания организмов.
“Я думаю, что в течение нашей жизни мы сможем это сделать”, – говорит Рави Коппарапу, ученый-планетолог из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Мэриленде. “Мы сможем узнать, есть ли жизнь на других планетах”.
Хотя люди уже давно строят догадки о существовании далеких миров, в течение долгого времени фактические данные были весьма скудны. Первые планеты вокруг других звезд – так называемые экзопланеты – были открыты в начале 1990-х годов, но только после запуска в 2009 году космического телескопа НАСА “Кеплер” астрономы поняли, насколько они распространены. “Кеплер” наблюдал за сотнями тысяч звезд, отыскивая крошечные провалы в их яркости, которые могли бы свидетельствовать о прохождении планет перед ними. Благодаря этой миссии число известных экзопланет выросло с нескольких до более чем 5 500.
“Кеплер” был создан для определения распространенности планет земного типа, обращающихся вокруг солнцеподобных звезд на расстоянии, достаточном для существования на их поверхности жидкой воды (эту область часто называют “зоной Златовласки”). Хотя до сих пор ни один внеземной мир не признан идеальным двойником нашего, исследователи могут использовать огромное количество открытий, чтобы сделать обоснованные предположения о том, сколько их теоретически может существовать. По самым приблизительным оценкам, от 10% до 50% звезд, похожих на Солнце, имеют планеты, подобные нашей, что приводит к цифрам, от которых у астрономов голова идет кругом.
“Если 50%, то это просто безумие, верно?” – говорит Джесси Кристиансен, астрофизик из Калифорнийского технологического института в Пасадене (штат Калифорния). “В галактике миллиарды солнцеподобных звезд, и если у половины из них есть планеты, похожие на Землю, то это может означать, что существуют миллиарды пригодных для жизни каменистых планет”.
Есть кто дома?
Определить, есть ли на этих планетах организмы, не так-то просто. Исследователи должны уловить слабый свет от экзопланеты и разложить его на составляющие длины волн, сканируя сигнатуры, указывающие на наличие и количество различных типов химических веществ. Хотя астрономы хотели бы сосредоточиться на звездах, похожих на Солнце, это технически сложно. В настоящее время новый мощный космический телескоп НАСА “Космический телескоп Джеймса Уэбба” (JWST), оснащенный 6,5-метровым зеркалом и уникальными инфракрасными приборами, изучает миры вокруг звезд меньших размеров, более холодных и красных, чем наше Солнце, известных как M-карлики. Такие миры тоже могут быть пригодны для жизни, но в настоящее время никто в этом не уверен.
Для того чтобы на их поверхности могла существовать жидкая вода, планеты вокруг М-карликов должны вращаться вблизи своих звезд, которые, как правило, более активны, чем Солнце, и посылают мощные вспышки, которые могут сорвать атмосферу и сделать планету безжизненным каменным шаром. JWST исследует Траппист-1 – М-карлик, находящийся на расстоянии 40 световых лет от нас и имеющий семь небольших каменистых миров, четыре из которых находятся на достаточно близком к нему расстоянии, чтобы на них могла существовать жидкая вода. Уже доказано, что две ближайшие экзопланеты не имеют атмосфер, но ученые с нетерпением ждут результатов наблюдений JWST за тремя следующими. Они хотят узнать, могут ли атмосферы быть даже у тех из них, которые находятся за пределами обитаемой зоны.
Поиск других планет вокруг карликовых звезд типа M представляет особый интерес, поскольку они гораздо более распространены, чем звезды размером с Солнце. “Если астрономы обнаружат у них атмосферы, то это увеличит пригодную для жизни территорию галактики в сотни раз”, – говорит Кристиансен.
Как только мы найдем планету, очень похожую на Землю, мы захотим начать поиск химических признаков жизни на ее поверхности. JWST недостаточно чувствителен для этого, но будущие наземные приборы, такие как Чрезвычайно большой телескоп, Гигантский Магелланов телескоп и Тридцатиметровый телескоп, которые, как ожидается, начнут получать данные в 2030-х годах, смогут определять химические компоненты близлежащих миров, похожих на Землю.
Информацию о более удаленных объектах придется ждать после запуска следующего флагмана НАСА – космической обсерватории “Обитаемые миры” (Habitable Worlds), старт которой ожидается в конце 2030-х – начале 2040-х годов. Телескоп будет использовать либо внешний затемнитель, либо прибор, называемый коронографом, чтобы блокировать яркий свет звезды и сосредоточиться на более тусклом свете планет и их возможных молекулярных сигнатурах.
Какие именно химические вещества следует искать астрономам, остается предметом споров. В идеале они хотят найти так называемые биосигнатуры – молекулы воды, метана и углекислого газа, присутствующие в количествах, аналогичных земным. Что это означает на практике, не всегда понятно, поскольку наша планета пережила множество периодов, когда на ней существовала жизнь, но в то же время количество различных химических веществ варьировалось в широких пределах.
“Хотите ли вы, чтобы телескоп нашел архейскую Землю, как это было 2-3 млрд. лет назад?” – спрашивает Коппарапу. “Или из эпохи неопротерозоя, когда вся Земля была покрыта льдами и снегом? Или вы хотите обнаружить современную Землю, где много свободного кислорода, озона, воды и CO2?”
Большое волнение вызвало недавнее сообщение о том, что JWST обнаружил диметилсульфид – молекулу, которая в нашем мире образуется только живыми существами, – на экзопланете, почти в девять раз превышающей размеры Земли и находящейся на расстоянии 120 световых лет от нее. Полученные результаты, которые еще предстоит подтвердить, подчеркивают сложность подобных методов. Если диметилсульфид действительно присутствует в атмосфере планеты, то звездный свет должен расщеплять его с образованием этана – молекулы, которую еще не удалось обнаружить.
“Ни один газ не является биосигнатурой”, – говорит Коппарапу. “Необходимо увидеть их комбинацию”. В прошлом году он и другие специалисты опубликовали доклад, в котором подчеркивается, что любую конкретную находку необходимо рассматривать в контексте ее звездного и планетарного окружения, поскольку может быть много результатов, которые, казалось бы, указывают на жизнь, но имеют альтернативные объяснения.
Что считать жизнью?
Эта проблема – как окончательно отличить жизнь от нежизни – является извечной, независимо от того, смотрите ли вы далекие на планеты или даже на явления здесь, на Земле. Возможно, в скором времени на помощь исследователям придут алгоритмические методы, позволяющие выявлять ассоциации, слишком сложные для человеческого понимания. В недавних экспериментах Роберт Хейзен и его коллеги взяли 134 живых и неживых образца (включая нефть, богатые углеродом метеориты, древние окаменелости и залетевшую в лабораторию осу), испарили их и разложили по составу химических компонентов. В молекулярном составе каждого образца было выявлено около 500 000 различных параметров, которые были прогнаны через программу машинного обучения.
“Когда мы рассматриваем эти 500 000 атрибутов, то видим закономерности, уникальные для живых существ и уникальные для неживых, – говорит Хейзен, минералог и астробиолог из Научного института Карнеги.
После того как программное обеспечение было обучено на 70-ти процентах образцов, методика смогла с 90% точностью определить, какие из оставшихся образцов имеют биологическое происхождение. Само устройство, используемое для разделения химических компонентов образцов, имеет длину около 18 см, что достаточно мало для отправки в миссии к близким океаническим мирам, таким как Европа Юпитера или Энцелад Сатурна.
Марсоход НАСА Perseverance доставил подобный прибор на Марс, поэтому Хейзен считает, что алгоритм машинного обучения его команды может быть адаптирован для анализа данных и поиска организмов, существовавших или существующих там. А поскольку этот метод основан на молекулярных связях, а не на обнаружении конкретных органических веществ, таких как ДНК или аминокислоты, которые, возможно, не распространены в других биосферах, он может позволить ученым искать жизнь, совершенно не похожую на ту, что есть на Земле.
Подобные приложения машинного обучения начинают находить применение и в SETI, которая в последние годы переключилась на поиск более широкого спектра видимых доказательств существования внеземных видов, использующих инструменты. По словам Софии Шейх (Sofia Sheikh) из Института SETI, большинство специалистов в этой области находятся в поиске техносигнатур, которые определяются как “некие дистанционно обнаруживаемые признаки технологии, которые мы можем охарактеризовать с помощью астрономических приборов”. Это может быть обычный радиосигнал, но могут быть и другие признаки, такие как импульсы оптического лазера, гигантские космические инженерные проекты, загрязнение атмосферы или даже искусственные зонды, добравшиеся до нашей Солнечной системы.
На установке Zwicky Transient Facility, расположенной недалеко от Сан-Диего (Калифорния), которая непрерывно просматривает все ночное небо в поисках коротких вспышек света, исходящих от неизвестных источников, инженеры учат искусственный интеллект определять признаки, которые не присущи природным явлениям. “Именно в этот момент мы можем начать задавать вопросы, – говорит Ашиш Махабал, астроном и специалист по обработке данных из Калифорнийского технологического института. “Ответы на такие вопросы могут помочь обнаружить новые астрономические события или, например, звезду, окруженную огромными солнечными батареями, которые питают энергоемкое инопланетное общество”.
Исследователи SETI надеются, что использование подобных инструментов поможет им преодолеть некоторые антропоцентрические предубеждения. Большинство из ученых признают, что наши ожидания в отношении инопланетных существ ограничены нашим собственным опытом. Например, поиск признаков массивных солнечных батарей инопланетян часто “основан на предположении, что потребность в энергии всегда будет расти по экспоненте”, – говорит Шейх.
Многие ученые считают, что благодаря всем тем направлениям, которые сейчас исследуются, ответы на наши вопросы о внеземной жизни не за горами. Однако, в конечном счете, вопрос о нашем космическом одиночестве является философским.
На протяжении большей части истории человечества мы не считали себя одинокими. Мы наполняли небеса богами, чудовищами и мифическими существами. Только в современную эпоху наш вид начал задумываться о своем месте во Вселенной. Но независимо от того, есть ли в какой-либо другой ее части жизнь, космос – это наш дом. Мы можем выбирать: быть одинокими или приобщиться к красоте и чудесам окружающего нас мира.
Читайте также: Гипотеза зоопарка: “психологически неприятная” идея о том, почему инопланетяне не выходят на контакт