Когда космический телескоп «Джеймс Уэбб» нацелится на атмосферу экзопланет, он будет использовать спектроскопию для идентификации химических элементов. В частности, он будет искать метан, который планетологи признали убедительной биосигнатурой.
Обнаружение большого количества метана в атмосфере экзопланеты, по их словам, может быть самым надежным признаком наличия жизни. Существуют абиотические источники метана, но по большей части он является продуктом жизнедеятельности.
Буквально на днях НАСА заявило, что за 30 лет исследований астрономам удалось обнаружить более 5 тысяч экзопланет. Этот порог был достигнут 21 марта, когда в Архив экзопланет добавили еще 65 объектов, которые находятся вне пределов Солнечной системы.
Метан интересен тем, что недолго сохраняется в атмосфере. Фотохимические реакции разрушают его, поэтому обнаружение большого количества газа означает, что существует стабильный источник его пополнения.
Однако ученым нужен способ работать с будущим обнаружением метана в атмосферах экзопланет. Исследователи решили создать «специальную оценку планетарных условий, необходимых для того, чтобы метан считался хорошей биосигнатурой».
Мэгги Томпсон, аспирант кафедры астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз, подняла данный вопрос в своем исследовательском письме. Её команда изучила абиотические источники метана, чтобы понять, как они могут объяснить наличие газа в атмосфере экзопланеты. Это вулканы, срединно-океанические хребты, гидротермальные источники и зоны тектонической субдукции. Столкновения с кометами и астероидами также могут производить метан.
По словам ученых, «метан — это только часть головоломки, но, чтобы определить, есть ли жизнь на планете, вы должны учитывать ее геохимию, то, как она взаимодействует со своей звездой, и множество процессов, которые могут повлиять на атмосферу планеты в геологических временных масштабах». Мэгги Томпсон утверждает, что известные абиотические процессы, в отличие от земной биосферы, не могут легко создавать атмосферы, богатые CH4 и CO2 и с ограниченным содержанием CO.
История Земли дает ученым некоторые подсказки о наличии метана в атмосферах экзопланет. Известно, что в прошлом у Земли была еще более богатая метаном атмосфера, чем сейчас, а его источником была жизнь. «Если вы обнаружите много метана на каменистой планете, вам, как правило, нужен массивный источник, чтобы объяснить это», — сказал соавтор статьи Джошуа Криссансен-Тоттон, научный сотрудник в Калифорнийском университете. — «Мы знаем, что биологическая деятельность создает большое количество метана на Земле, и, вероятно, это происходило и на ранней Земле, потому что производство метана — это довольно простая метаболическая вещь».
Вырабатывающие метан микроорганизмы, называемые метаногенами, были одной из самых ранних форм жизни на Земле, возникшей между 4,11 и 3,78 млрд лет назад. Они были настолько эффективны в производстве метана, что ранняя Земля, вероятно, имела туманную, наполненную метаном атмосферу, подобную Титану, спутнику Сатурна.
Обнаружение абиотических источников метана потенциально намного проще. Вулканы выбрасывают в атмосферу не только метан, но и угарный газ. С другой стороны, биологическая деятельность, вероятно, будет потреблять окись углерода. Исследователи обнаружили, что небиологические процессы не могут легко создать пригодную для жизни атмосферу планеты, богатую метаном и двуокисью углерода и практически не содержащую угарного газа.
Авторы отмечают, что обнаружение метана в атмосфере экзопланеты — это только начало. Они уверены, что его наличие является сильным признаком жизни на каменистой планете, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу, если атмосфера также содержит углекислый газ. Если метана больше, чем углекислого газа, это также более надежный показатель жизни, если планета не слишком богата водой.
«В связи с грядущими технологическими достижениями в области наблюдений за экзопланетами, позволяющими охарактеризовать потенциально обитаемые, важно учитывать возможные биосигнатурные газы и источники ложноположительных обнаружений», — говорится в исследовательском письме. Ученые признают, что различные абиотические источники могут пополнять атмосферный метан в различных планетарных средах. Но для того, чтобы планета производила поток метана, сравнимый с земным, те же абиотические источники также генерировали бы «наблюдаемые контекстуальные подсказки», которые указывали бы на ложное определение биосигнатур.
Если нынешнее исследование сосредоточено на наиболее очевидных ложных выявлениях метана как биосигнатуры, то будущая работа должна попытаться предвидеть и количественно определить наиболее необычные механизмы его небиологического производства.
С 2012 года приборы марсохода «Кьюриосити», который приземлился в кратере Гейла, шесть раз фиксировали метановые всплески. В 2021 году исследователи из Калифорнийского технологического института смогли определить примерное местонахождение источника газа. Ученые смоделировали движение частиц метана, принимая во внимание скорость и направление ветра во время их обнаружения. Проанализировав каждую вспышку, они смогли составить план местности с наиболее вероятными источниками метана.
Ранее на Марсе нашли воду, но ее также обнаружили на Луне и на Меркурии, и сейчас воду уже не считают важной биосигнатурой.
