В поисках жизни задействованы самые сложные наблюдательные устройства, известные человечеству. Они вглядываются в пространство за много световых лет, ища доказательства — любые доказательства — того, что где-то там существует другая жизнь. Что, если, несмотря на все наши усилия, эти наблюдения не найдут никаких доказательств существования жизни в других местах нашей Галактики Млечный Путь?
Это страшный вопрос. Что, если мы продолжим строить всё более чувствительные телескопы для исследования экзопланет и всё равно ничего не найдём? Сколько планет нам нужно изучить, чтобы прийти к выводу, что в космосе нет никого, кроме нас? На сегодняшний день астрономам известна лишь малая часть планет — по последним подсчётам, около 7 000. Группа исследователей под руководством доктора Даниэля Ангерхаузена из ETH Zurich и Института SETI задумалась о том, какой вывод о возможности существования жизни во Вселенной мы сможем сделать, если будущие поиски окажутся такими же безрезультатными, как и нынешние. Для решения этих вопросов они использовали байесовский анализ, учитывающий постоянно меняющуюся информацию для вычисления и обновления вероятностей количества экзопланет, на которых может существовать жизнь.
В своей работе члены команды предполагали, что количество наблюдаемых планет будет достаточно большим, чтобы сделать серьёзные выводы о распространённости обитаемости и жизни в наших галактических окрестностях. Однако неопределённости всё ещё остаются. Даже при наличии современных приборов поиск экзопланет должен тщательно учитывать неопределённости, неизвестные переменные и погрешности (например, предположения о свойствах определённых типов миров).
Команда Ангерхаузена установила минимальное количество экзопланет, необходимое учёным, чтобы выяснить, сколько миров может содержать жизнь. Если учёные изучат от 40 до 80 экзопланет и не обнаружат жизнь ни на одной из них, это будет означать, что менее 10-20 процентов подобных планет имеют жизнь. Экстраполируйте это на весь Млечный Путь, и вы обнаружите, что всего около 10 миллиардов планет могут быть обитаемыми. Для нашей части галактики это очень мало.
Проблемы исследования далёких миров
Изучение планет вокруг других звёзд — задача не из лёгких. Сначала их нужно разглядеть за ярким светом их звёзд. Затем, найдя их, нужно сделать некоторые предположения об их составе. Являются ли они скалистыми планетами с атмосферой (как Земля)? Являются ли они газовыми гигантами? Может, это лавовые миры? Ледяные гиганты? Как близко они находятся к своей звезде? Есть ли у них спутники? Если на них есть среда, поддерживающая жизнь, то какая именно? И т. д.
Каждый тип мира определяет, может ли там существовать жизнь. Кроме того, каждое наблюдение имеет свои ограничения, и это отражается на данных. Например, наблюдения могут пропустить некоторые атмосферные подсказки, указывающие на жизнь (или её отсутствие). Учёные могут полностью пропустить некоторые планеты и отбросить их как непригодные для жизни, в то время как они могут быть идеальными для жизни. Или же они могут вообще пропустить ряд планет из-за ограничений, связанных с наблюдениями. Неопределённость пугает.
«Дело не только в том, сколько планет мы изучаем, а в том, насколько правильно мы задаём вопросы и насколько мы можем быть уверены в том, что увидим или не увидим то, что ищем, — говорит Ангерхаузен. — Если мы не будем осторожны и будем слишком самоуверенны в своих способностях выявить жизнь, то даже крупное исследование может привести к ошибочным результатам».
Устранение неопределённости в поисках жизни
Будущие поиски жизни на других планетах находятся на стадии разработки. Их успех будет зависеть от правильных предположений учёных о том, где может (и не может) существовать жизнь. Эти предположения, основанные на предыдущих знаниях и текущих наблюдениях, должны уменьшить многие неопределённости в отношении пригодных для жизни миров. Например, разрабатывается Большой интерферометр для экзопланет (LIFE) под руководством ETH Zurich, который планируется запустить примерно в следующем десятилетии. Он предназначен для поиска жизни на экзопланетах и одновременно для каталогизации разнообразия миров в рамках своих наблюдений. Для этого его бортовые приборы будут измерять состав атмосферы планет умеренного земного типа в галактике. Спектрометр будет изучать атмосферные газы на предмет наличия в них молекул, связанных с жизнедеятельностью организмов. Представьте, что если бы такой зонд изучал атмосферу Земли, он бы обнаружил молекулы кислорода и такие газы, как метан и другие углеводороды, свидетельствующие о наличии жизни.
Чтобы избежать нулевых результатов, поиск LIFE будет зависеть от байесовской статистики, которой занимались Ангерхаузен и его коллеги. По сути, миссия будет изучать атмосферы десятков и десятков миров, похожих на Землю по массе, радиусу и температуре. Цель — найти признаки воды, углеводородов, связанных с жизнью, и другие биопризнаки. Полученные результаты должны «увеличить» число изученных экзопланет, чтобы получить более точный статистический учёт планет, на которых может быть (или уже есть) жизнь. В частности, научные группы хотят узнать, сколько их находится в нашей части галактической окрестности.
У нас всегда будет некоторая неопределённость
В конечном итоге наблюдения LIFE (и другие исследования) помогут ответить на целый ряд новых вопросов о мирах, способных поддерживать жизнь. На скольких планетах есть жизнь? Какая часть из них — скалистые миры и какой процент из них находится в пригодных для жизни зонах? Какие из них имеют явные признаки наличия водяного пара, кислорода и метана в атмосфере? Работа, которую проводит команда Ангерхаузена по вычислению статистических вероятностей, поможет миссии LIFE (и другим подобным миссиям) задавать правильные исследовательские вопросы при поиске пригодных для жизни миров. По словам Ангерхаузена, если в результате будет получено одно положительное обнаружение, то неопределённость станет реальностью. «Даже если мы не найдём жизнь, — отметил он, — мы сможем количественно оценить, насколько редкими — или обычными — могут быть планеты с обнаруживаемыми биопризнаками».
Даже если будущие исследования, подобные LIFE, не найдут доказательств существования жизни на соседних экзопланетах, они всё равно помогут нам понять, насколько редки или распространены пригодные для жизни места во Вселенной. Тщательно учитывая неопределённости и задавая точные вопросы, учёные могут создать мощные инструменты для понимания нашего места в космосе. В конечном счёте, экзопланетная наука — это не только поиск ответов на вопросы о пригодности для жизни и существовании жизни. Она также заключается в том, чтобы задавать правильные вопросы и принимать неопределённость как часть пути.
