Один из главных способов поиска внеземной жизни кажется довольно логичным. Астрономы изучают атмосферу далёкой планеты и ищут в ней вещества, которые на Земле тесно связаны с живыми организмами. Среди главных кандидатов — метан, кислород и озон.
Но есть проблема: эти вещества зависят не только от того, что происходит на самой планете. Химический состав атмосферы может радикально изменить свет её звезды.
Исследователи показали это с помощью моделей землеподобных планет вокруг красных карликов. Их работа посвящена тому, как ультрафиолетовое излучение звезды меняется с возрастом и влияет на потенциальные признаки жизни.
Результат оказался довольно неприятным для охотников за внеземной жизнью: две практически одинаковые планеты могут выглядеть совершенно по-разному только потому, что вращаются вокруг разных звёзд.
Одна и та же жизнь может давать разные сигналы
Красные карлики особенно интересуют астрономов. Это самые распространённые звёзды Млечного Пути, а находящиеся рядом с ними небольшие каменистые планеты относительно удобно исследовать.
Когда такая планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света проходит через её атмосферу. По изменениям спектра астрономы могут определить, какие молекулы там присутствуют.
Однако красные карлики сильно меняются с возрастом. Молодые звёзды обычно дают гораздо больше ультрафиолетового излучения, а старые — меньше. Именно ультрафиолет разрушает одни молекулы и запускает образование других.
Исследователи смоделировали похожие на Землю планеты возле красных карликов возрастом от 650 миллионов до 5 миллиардов лет.
В случае с метаном разница получилась огромной. Возле старой звезды ультрафиолет слабее, поэтому метан медленнее разрушается и успевает накапливаться.
В результате в атмосфере одной и той же условной Земли его могло оказаться до десяти раз больше, а сигнал метана, который увидел бы телескоп, становился до 68% сильнее.
Со стороны это можно было бы трактовать так: на одной планете жизнь производит намного больше метана, чем на другой. На самом деле количество биологически произведённого газа могло быть одинаковым — различалась лишь звезда.
Получается, даже настоящий признак жизни способен выглядеть значительно сильнее или слабее из-за условий, которые сама жизнь никак не контролирует.
Но ещё опаснее ложная биосигнатура
С озоном исследователи получили ещё более показательный результат.
На Земле озон образуется из кислорода, а большая часть кислорода в современной атмосфере появилась благодаря жизни. Поэтому обнаружение озона на далёкой планете может рассматриваться как косвенный признак большого количества кислорода — и потенциальной биологической активности.
Однако в моделях оказалось, что озон может в огромных количествах возникать и без жизни.
Сильное ультрафиолетовое излучение молодой звезды способно разрушать молекулы углекислого газа. Запускается цепочка химических реакций, в которой образуются кислород и затем озон.
На моделируемых планетах с атмосферой, напоминающей древнюю Землю, вокруг молодых красных карликов озона в некоторых случаях возникало более чем в 100 тысяч раз больше, чем возле старых звёзд.
При этом никакой дополнительной биологической активности в модели не было.
Для далёкого наблюдателя такой мир мог бы выглядеть заманчиво: в атмосфере присутствует озон, следовательно, возможно, есть и кислород, а значит — жизнь.
В действительности весь сигнал могла создать обычная фотохимия.
Планету нельзя изучать отдельно от её звезды
Астрономы и раньше знали, что одного метана или кислорода недостаточно, чтобы объявить об открытии инопланетной жизни. Поэтому исследователи стараются искать сразу несколько газов и проверять, нельзя ли объяснить их появление вулканизмом, геологией или другими небиологическими процессами.
Новая работа показывает дополнительное слабое место этого подхода.
Даже очень хорошая модель атмосферы может привести к ошибочному выводу, если астрономы недостаточно хорошо знают ультрафиолетовый спектр конкретной звезды.
А с этим пока есть сложности. Ультрафиолетовые наблюдения многих красных карликов ограничены, поэтому приходится использовать данные похожих звёзд. Но внешне похожие красные карлики могут заметно различаться по своему излучению.
Именно поэтому потенциальную биосигнатуру теперь недостаточно рассматривать только как свойство планеты. Нужно одновременно знать возраст звезды, её активность и то, сколько ультрафиолета получает атмосфера.
Исследование пока основано на моделировании и не означает, что астрономы уже нашли планету, которую ошибочно приняли за обитаемую. Но оно показывает, насколько легко можно получить ложный сигнал — или, наоборот, недооценить настоящий.
Поэтому главный вывод работы довольно простой: в поиске внеземной жизни планета и её звезда должны рассматриваться как единая система.
Иначе мы можем увидеть в атмосфере именно те молекулы, которые рассчитывали найти, — и всё равно сделать неправильный вывод о том, кто или что их создало.
