Першу планету за межами нашої Сонячної системи виявили лише 30 років тому. З того часу їх було знайдено та описано тисячі. Поки ми шукаємо нові, фахівці з вивчення екзопланет також намагаються виявити ознаки існування інопланетних біосфер за сотні світлових років від нас. У цьому випуску співведуча Жанна Левін обговорює з астрофізикинею й астробіологинею Лізою Кальтенеггер питання про те, як ми можемо дізнатися, що наш вид не самотній у холодній безодні космосу.
Ми виявили тисячі планет, що знаходяться неподалік від нас, прямо в Чумацькому Шляху, переважно завдяки тому, як вони взаємодіють зі своїми материнськими зорями. Попередні розрахунки показують, що таких планет по всій галактиці незліченна кількість, а на мільярдах із них потенційно може існувати життя. Але що це за життя, і як ми зможемо виявити протікання цих біологічних процесів із Землі – це головні питання у галузі дослідження екзопланет та астробіології. Які технології можуть з’явитися в майбутньому, щоб допомогти нам знайти відповідь на питання, чи самотні ми у Всесвіті? Ліза Калтенеггер, астрофізик і астробіолог з Корнельського університету, обговорили з Жанна Левін ці пошуки, атмосферні сліди життя і причини, чому розвинена інопланетна цивілізація може не захотіти спілкуватися з нами.
Транскрипт
[Грає мелодія]
ЖАННА ЛЕВІН: Упродовж тисячоліть античні астрономи спостерігали за дивними точками світла, які формували незвичні візерунки в нічному небі. У той час, як більшість зірок рухалися злагоджено, декілька пливли по небу, виписуючі незвичні дуги. Греки називали ці точки «блукаючими зірками», або asteres planetai. Згодом ми зрозуміли, що ці об’єкти зовсім не були зірками, але термін «планета» прижився.
З розвитком науки ми зрозуміли, що ці планети обертаються навколо Сонця, що наша Земля теж є планетою, і лише три десятиліття тому точно виявили, що планети, або радше сказати екзопланети, існують за межами нашої Сонячної системи.
Зараз астрономи підрахували, що лише в нашій галактиці Чумацький Шлях існує трильйони екзопланет, і за допомогою таких неймовірних інструментів, як космічний телескоп Джеймса Вебба, ми можемо значно легше знаходити інші світи.
Мене звати Жанна Левін, і це подкаст The Joy of Why (з англ. – «Радість незвіданого») від журналу Quanta, де я з моїм співведучим Стівом Строгатцем досліджую найголовніші питання сучасної математики та науки.
[Мелодія перестає грати].
У цьому епізоді астрофізик і астробіолог Ліза КАЛТЕНЕГГЕР візьме нас із собою на полювання за екзопланетами й пошуки інопланетного життя. Ліза викладає астрономію і є директором-засновником Інституту Карла Сагана в Корнельському університеті. Вона є провідним світовим експертом у сфері моделювання придатних для життя світів, а також видала книгу Alien Earths: The New Science of Planet Hunting in the Cosmos (з англ. – “Землі чужинців: нова наука про полювання на планети в космосі”).
Лізо, дякуємо, що приєдналися до нас на нашому подкасті. Рада вас тут бачити.
ЛІЗА КАЛТЕНЕГГЕР: Дякую, що запросили.
ЛЕВІН: Я дійсно з нетерпінням чекала на цю розмову. Це тема, яка давно цікавить мене особисто. Перші переконливі докази існування «позасонячної планети» або екзопланети були знайдені порівняно нещодавно, а саме у 1995 році. З наукової перспективи, це все сталося зовсім нещодавно. Чому до 1995 року ми вважали, що розумно припустити, що в інших сонячних системах існують інші планети? Чому вважали, що це припущення має підґрунтя ще до початку спостережень?
КАЛТЕНЕГГЕР: Це дуже цікаве запитання, тому що впродовж історії завжди були часи, коли люди казали: «О, мають існувати інші світи». А потім хід думок змінювався на щось на кшталт: «Інших світів не може бути, можемо бути лише ми, тому що ми унікальні та особливі». А потім оптимізм до цього питання знову повернувся. На Венері може бути життя, на Марсі може бути життя. Може існувати життя і в космосі навколо інших зірок.
Я думаю, що як тільки людство зрозуміло, що об’єкти, які рухаються в нашому небі таким дивним чином, насправді є іншими планетами, що обертаються навколо нашого Сонця, ця ідея почала вкорінюватися. Але знайти планету, особливо таку маленьку, як наша Земля, біля яскравої, гарячої, величезної зірки – неймовірно складне завдання. Минув певний час, поки телескопи стали достатньо великими, щоб їх виявити.
ЛЕВІН: Яка методика використовувалась для цього в 90-х роках?
КАЛТЕНЕГГЕР: Це так званий метод коливань, або метод радіальної швидкості. Можна побачити, як рухається зірка, якщо спостерігати за її світлом. Коли світло стає червонішим, ніж мало б бути, то об’єкт віддаляється від вас. Коли стає синішим, то об’єкт наближається до вас.
Тому, якщо ви бачите зірку, і її світло спочатку стає надто червоним, а потім знову нормальним, потім – надто синім, і – знову нормальним, то знайте, що ви спостерігаєте коливання зорі. І якщо це коливання дуже незначне, можна припустити, що те, що «штовхає» зірку, активізуючи цей рух, є дуже маленьким об’єктом. Такі невеликі об’єкти самі не випромінюють світла, в їхньому ядрі не відбувається ядерний синтез, і це зазвичай планети.
“Знайти планету, особливо таку маленьку, як наша Земля, біля яскравої, гарячої, величезної зірки – неймовірно складне завдання. Минув певний час, поки телескопи стали достатньо великими, щоб їх виявити.“
Отже, зоря і планета формують певний гравітаційний зв’язок. Сила тяжіння планети до зорі стимулює рух зорі навколо неї, тож у коливанні або русі зорі ми можемо помітити, що ця зоряна система не порожня, там точно є супутник. Саме так вчені знайшли першу екзопланету.
ЛЕВІН: Отже, цей метод коливань дав можливість знайти кілька планет, але з того часу методи істотно змінилися?
КАЛТЕНЕГГЕР: Так, і спостерігати за цим просто фантастично, адже тепер ми зможемо знайти набагато більше планет. Через кілька років ми з’ясували, що якщо планета наближається до своєї зірки, то у певних випадках ми бачимо, як зірка трохи тьмяніє, тому що коли планета проходить крізь умовну лінію від нашої точки спостереження до зірки, ми бачимо, як планета закриває частину поверхні зірки. І це повторюється знову й знову.
ЛЕВІН: Це трохи схоже на маленьке затемнення.
КАЛТЕНЕГГЕР: По суті, це і є маленьке затемнення. Треба дуже уважно спостерігати за зіркою, щоб не пропустити його, але у свій час NASA запустила в космос апарат Kepler, який спостерігав за світлом 150 000 зірок, і виявив тисячі нових світів на нашому небосхилі.
І тепер сім з 10 нових планет, про які ми знаємо, були знайдені саме завдяки цьому послабленню світла в момент транзиту планети. Але ми розуміємо, що це лише верхівка айсберга, тому що не кожна планета проходить у площині між своєю зіркою і нашою точкою спостереження. Отже об’єкти, які ми знаходимо, – це лише невелика частина того, що існує в космосі.
“Якщо у вас достатньо великий телескоп, ви можете зібрати стільки світла, щоб не просто побачити точку, а розкласти її на кольори, як веселку, і тоді ви зможете побачити відбиток світла іншої планети і з’ясувати, який хімічний склад її атмосфери.“
ЛЕВІН: Отже, апарату Kepler вдалося знайти тисячі нових планет. Це був величезний ривок. Змінилась методика, але й кількість відкритих планет також значно збільшилась. Тож як це вплинуло на наші оцінки кількості зоряних систем, які, як ми вважаємо, можуть мати планети?
КАЛТЕНЕГГЕР: Місія Kepler мала визначити кількість зірок, у яких взагалі є планети. Ми з’ясували, що майже кожна зірка має планету. Це може бути планета типу гігантського Юпітера або маленький кам’янистий світ, подібний до нашого власного. А ще ми дізналися, що кожна п’ята зірка має планету, не надто гарячу (знаходиться не дуже близько до зірки) і не надто холодну (не дуже далеко від неї). Тобто в зоні, яку ми вважаємо придатною для існування. А в нашому Чумацькому Шляху ми маємо 200 мільярдів зірок у нашій власній галактиці. Отже, кожна п’ята з них відкриває вам мільярди можливостей для існування інших планет. І саме тому ця тема стала такою неймовірно цікавою, адже раніше ми не знали, скільки планет існує, і не розуміли, скільки маленьких кам’янистих світів може бути серед них. А тепер у нас є космічний телескоп Джеймса Вебба, який може вперше зібрати світло від цих маленьких світів. Можливо, нам вдасться з’ясувати, чи є там ознаки біосфери.
ЛЕВІН: Трохи детальніше про це, бо тут є що розповісти. Дзеркало на телескопі Джеймса Вебба в шість разів більше, ніж на Хабблі?
Тож після запуску цей інструмент повинен був розгорнутися в космосі, адже це дзеркало дуже велике. А навіщо нам таке велике дзеркало на телескопі? Чому цей інструмент став величезним технологічним проривом, навіть після неймовірного успіху Kepler?
КАЛТЕНЕГГЕР: В астрономії, коли ви отримуєте більше світла, ви бачите більше. І чим більший наш телескоп, тим більше світла ми можемо зібрати з дуже маленького і слабкого джерела – наприклад, з планети. Отже, якщо у вас достатньо великий телескоп, ви можете зібрати стільки світла, щоб не просто побачити точку світла, а розкласти її на кольори, як веселку, і тоді ви зможете побачити цей відбиток світла іншої планети і з’ясувати, який хімічний склад її атмосфери.
ЛЕВІН: Вперше з’явилася можливість побачити саму планету, а не робити непрямі висновки про її існування за впливом, який вона здійснює на зорю. Тепер ми можемо, завдяки можливості так ефективно збирати світло, фактично побачити саму планету. Це просто вражає.
КАЛТЕНЕГГЕР: Це неймовірно. Ми тренувалися для цього, використовуючи Хаббл і наземні телескопи, які вже могли робити такий аналіз для великих газоподібних планет, але нам просто не вистачало світла для маленьких кам’янистих світів. Я гадаю, що якщо зменшити планету на кшталт Землі до розміру яблука, то її атмосфера – те, що ми власне й хочемо проаналізувати – буде тоншою за шкуринку яблука. Тому ми намагаємося отримати саме цей крихітний світловий сигнал. Ось чому зараз настали чудові часи, адже ми живемо в золоту еру наукових відкриттів.
ЛЕВІН: Тож стосовно ідеї про придатну для життя зону та пошук інших планет, мені цікаво, чи не втрачає вона актуальності. Як щодо нашої упередженості до Землі як до єдиної планети, яка може підтримувати життя, тому що вона підтримує наше життя – можливо, ця думка поступово втрачає підґрунтя, і вчені починають схилятися до того, що діапазон для існування життя може виходити за межі нашої уяви, і що ми повинні серйозно ставитися до того, що, можливо, життя може існувати на супутниках, або, наприклад, в атмосфері, подібній до атмосфери Юпітера, де немає кам’янистої поверхні. Що ви думаєте про такий розвиток подій?
“Зараз настали чудові часи, адже ми живемо в золоту еру наукових відкриттів.“
КАЛТЕНЕГГЕР: О, безумовно. Це навіть не питання. Тому що в нашій Сонячній системі ми вже досліджуємо крижані супутники, такі як Європа та Енцелад, де під шаром поверхневого льоду існують океани. І ми сподіваємося, що зможемо знайти там життя. У нас є Титан, дуже холодний світ з метано-етановими озерами, де ми сподіваємося, що ця рідина може взяти на себе функцію води, адже на Титані надто холодно. Вода замерзає, а для життя потрібна якась інша рідина.
Ми вважаємо, що з позицій біології, для зародження життя потрібна поверхня і рідина. Саме поверхня допомагає створити щось на кшталт протоклітини, – щось, що може накопичувати хімічні речовини. Як тільки ви зможете створити везикулу або якесь вмістилище, тоді можна вибірково впускати й випускати хімічні речовини всередину і назовні. Ми вважаємо, що це відбувається, коли є поверхня, до якої різні молекули можуть прилипати й створювати все складніші й складніші структури, такі як, наприклад, клітина.
ЛЕВІН: Це дуже цікаво.
КАЛТЕНЕГГЕР: Одна з проблем, перед якою ми постали, звичайно, полягає в тому, що ми не уявляємо, яким могло б бути життя в такій відмінній, чудернацькій хімічній системі, і які б ознаки таке життя залишило б, як би це вплинуло на атмосферу планети. Пошук життя – це, по суті, виявлення ознак біосфери. І ми розглядаємо нашу власну планету, Землю, як єдиний зразок. За час свого існування Земля кардинально змінювалася. Спочатку на ній не було кисню, Земля була молодою, потім кисень починає накопичуватися, і в якийсь момент ми приходимо до поточного стану. Тож Земля, якщо поглянути в минуле, насправді мала безліч облич. Тож такий шаблон у нас є.
І ми тримаємо очі відкритими, щоб виявити різноманітні дивні сигнали. Але ці дивні сигнали не дають нам змоги стверджувати, чи є вони геологічними, бо внаслідок геологічних процесів виділяється багато різноманітних газів і різних забарвлень. Якщо ми хочемо стверджувати, що знайшли ознаки існування життя, нам також необхідно підтвердити, що жодного іншого пояснення окрім біологічного не може існувати. І тому ми діємо досить консервативно. Це стосується води та вуглецю, як на нашій власній планеті. Але якщо ви подивитеся на Всесвіт, то побачите вуглець, водень і кисень практично скрізь. Отже, якщо ви опинились на правильній відстані від зірки, де вода може існувати в рідкому стані, шанси на те, що рідина на поверхні – це саме вода, досить високі.
“Одна з проблем, перед якою ми постали, звичайно, полягає в тому, що ми не уявляємо, яким могло б бути життя в такій відмінній, чудернацькій хімічній системі, і які б ознаки таке життя залишило б, як би це вплинуло на атмосферу планети.“
ЛЕВІН: Якщо уявити, що наша Сонячна система сягає приблизно одного світлового року в поперечнику, тобто відстані, яку світло долає за один рік, то якого ж розміру у світлових роках галактика Чумацький Шлях?
КАЛТЕНЕГГЕР: Отже, якщо рухатися з одного боку в інший, то ми говоримо про відстань у близько однієї сотні тисяч світлових років. А зараз ми шукаємо екзопланети в сфері діаметром приблизно в тисячу світлових років від Землі. Найближча зірка – це потрійна система, вона знаходиться на відстані близько чотирьох світлових років. Отже, ми бачимо найближчу зірку до нашого Сонця такою, якою вона була приблизно чотири роки тому. Тож усе, що ви бачите в нічному небі, уже відбулося, але ми лише зараз отримуємо інформацію про те, що тоді відбулося. Якщо ми поглянемо ще далі за межі нашої галактики, то зможемо зазирнути ще глибше в минуле. Так ми можемо розгледіти молодий Всесвіт.
ЛЕВІН: Отже, хоча ми знаємо, що в найвіддаленіших від нас галактиках є зірки, ми не можемо сказати, чи є в них життя. Ми ще навіть не можемо визначити, чи є у них планети. Методики пошуку екзопланет ще досить недосконалі, тому ми шукаємо такі об’єкти відносно недалеко від нас. Тисяча світлових років – це досить невелика відстань у загальній картині Всесвіту.
КАЛТЕНЕГГЕР: Абсолютно вірно, ми фактично дивимося у двори наших космічних сусідів, але світло розповсюджується сферою, а це означає, що чим далі ви знаходитесь від чогось яскравого, тим менше світла ви отримуєте, і навіть якщо збільшите певний об’єкт за допомогою найкращого телескопа, то головним буде кількість світла, яку можна вловити. Лише від цього залежить, чи зможемо ми дізнатися більше про планету чи зірку, і чи знайдемо ми коливання, яке може спричинити екзопланета.
Але є методи, які дають змогу зазирнути ще далі, наприклад, метод мікролінзування, коли світло викривляється, тому що маси у просторі-часі вигинають траєкторію поширення світла. Так ми можемо зазирнути ще глибше і знайти планети, але водночас не можемо їх проаналізувати, бо не вловлюємо достатньо світла від їх атмосфери. Тому я концентрую свої зусилля на планетах, що знаходяться ближче до нас. Так я зможу проаналізувати світло і з’ясувати, що на них знаходиться.
ЛЕВІН: Ці системи, які ми виявили, можуть здаватися досить дивними лише тому, що нашим еталоном є Сонячна система. Тож не можна сказати, що ці різноманітні екзосонячні системи сформувалися по шаблону нашої системи. Вони видаються дуже різноманітними й навіть нестабільними. Чи можете ви описати якусь цікаву систему, яку ви вивчали, щоб вона дала нам уявлення про величезний діапазон систем, які можу існувати у Всесвіті?
КАЛТЕНЕГГЕР: Так, ці системи неймовірно різноманітні, і це зовсім не те, чого ми очікували. Тому що в нашій системі ми маємо чотири маленькі кам’янисті світи поблизу зірки, де було так спекотно, що залишилася лише кам’яниста поверхня, а далі, де було досить прохолодно, є великі газові планети. Ми очікували виявити подібні тенденції і в інших системах, тому що це те, що ми спостерігали, і те, що ми розуміли. І в першій відкритій системі з екзопланетою, 51 Пегаса B, ми знайшли планету класу Юпітера з періодом обертання в 4,5 дні навколо своєї зорі. Тож ми дізналися, навіть на прикладі першої системи, що ці масивні, великі газові об’єкти насправді можуть подорожувати. Вони можуть мігрувати й наближатись до своєї зірки.
І з того часу, як ми знайшли цю першу планету, нам відкрилося таке різномаїття, якого, як мені здається, ніхто не очікував. Ми знайшли сотні і сотні планетарних систем, а часто нам щастить виявити навіть кілька планет в одній системі. Ми бачимо кам’янисті світи, які обертаються навколо своїх зірок менш ніж за 18 годин. І знаємо, що в цих світах має бути настільки спекотно, що вони вкриті розплавленою лавою.
“Тож Земля, якщо поглянути в минуле, насправді мала безліч облич.“
А ще є інші світи за розмірами, які розташовані між нашим найбільшим кам’янистим світом, Землею, і найменшою газовою планетою, Нептуном. Ми називаємо їх міні-Нептунами або супер-Землями. Отже, найпоширеніші планети, які ми поки що знайшли, – це ті, яких немає в нашій Сонячній системі. І звичайно, багато з них обертаються навколо подвійних зірок. Тому подвійні заходи і сходи сонць є нормою для багатьох з цих світів.
ЛЕВІН: Ого, дуже цікаво. Ці системи також, ймовірно, набагато нестабільніші, ніж ті, де є лише одна зірка.
КАЛТЕНЕГГЕР: Цікаво те, що якщо ми можемо побачити їх зараз, то вони мають обертатися у стабільній області. Ми отримуємо лише короткий зняток із життя цих планет, але цікаво те, що навіть якщо вони обертаються навколо двох зірок або навколо однієї з двох зірок, існує стабільна область, в якій вони мають стабільну орбіту.
ЛЕВІН: Напередодні розмови з вами я запитувала себе, чи знаю я, скільки супутників є в нашій Сонячній системі? А в нашій Сонячній системі вже відкрито майже 300 супутників. Я знала, що їх буде багато, але насправді це чимало. Чи варто очікувати, що це буде універсальною тенденцією? У зоряній системі може бути кілька екзопланет, і кожна з цих планет може мати кілька супутників, або навіть більше, ніж кілька?
КАЛТЕНЕГГЕР: Точно. У нас є лише наша Сонячна система, але всі гігантські планети мають величезну кількість супутників. А ті, де ми не виявили стільки супутників, – це планети, куди ми ще не відправили місію, тому ми ще не знайшли всі супутники, адже ці супутники можуть бути дуже маленькими.
“Ми знайшли сотні і сотні планетарних систем, а часто нам щастить виявити по кілька планет в одній системі. Ми бачимо кам’янисті світи, які обертаються навколо своїх зірок менш ніж за 18 годин. І знаємо, що в цих світах має бути настільки спекотно, що вони вкриті розплавленою лавою.“
Це газові гіганти, а деякі з них розташовані просто посеред цієї теплої помірної зони… І якщо у них є кам’янистий супутник, то на ньому можуть сформуватися умови, необхідні для зародження життя. Навколо цих гігантських планет можуть існувати мільярди й мільярди інших потенційних ареалів для життя. Але поки що ми цього не знаємо, тому що їх ще важче знайти? Виявити світло, відбите від планети, і так важко, а знайти світло, відбите від супутника, який обертається навколо цієї планети, набагато складніше. Тож поки ці питання залишаються без відповіді.
[Перерва]
ЛЕВІН: Ми розмовляємо з астрономом Лізою Калтенеггер про те, як вчені шукають екзопланети навколо інших зірок, а також про збільшення кількості виявлених екзопланет і навіть екзосупутників.
І я думаю, що ми все кружляємо навколо теми, яка насправді нас хвилює. І ось те саме питання: «Чи ми самотні у Всесвіті?» Зрештою, велика частка мотивації в пошуку екзопланет та супутників пов’язана з бажанням знайти життя. Тож як ви уявляєте собі пошук життя, окрім простого виявлення планет у правильному місці із потрібною розміру кам’янистою поверхнею? Схоже, що ця сфера значно просунулася вперед.
КАЛТЕНЕГГЕР: Так, наша справа не стоїть на місці. Коли ви дивитеся на Марс або на Венеру, кожна планета нашої Сонячної системи має свій унікальний світловий відбиток. Це означає, що світло, яке відбиває планета, або яке проходить крізь її атмосферу, показує, хімічний склад цієї планети. І перевага, яку ми отримуємо, полягає в тому, що коли планета фактично рухається між лінією спостереження Земля – зірка, частина зоряного світла проходить крізь атмосферу цієї планети. І коли світло потрапляє на молекулу, воно може викликати її коливання і обертання. А оскільки кожна молекула має різну структуру, їй потрібна різна енергія, щоб почати коливатися і обертатися.
Отже, як я можу дізнатися, з чого складається ця атмосфера? Я розщеплюю світло, створюю спектр і визначаю, де бракує енергії. Якщо є, скажімо, водяний газ, і я просвічую його світлом зірки, то якого спектра світла, що змушував їх коливатися і обертатися, не вистачає після взаємодії з молекулами? Так я формую для себе порівняльну таблицю.
Бувають випадки, коли температура надто висока або надто низька, і моя експериментальна установка просто замерзне або закипить, або якщо гази отруйні, тому я використовую квантову механіку і можу визначити, де саме мають бути ці лінії поглинання.
Якщо я можу зробити це експериментальним шляхом, це дуже допомагає, тому що тоді я маю загальну діаграму. Я бачу, яка молекула має певні лінії поглинання. Потім я проводжу аналіз ліній поглинання світла від екзопланет, порівнюючи їх із тим, що поглинають молекули й атоми в експерементальних умовах, і так дізнаюся, що входить до хімічного складу атмосфери планети. А потім мені потрібно зрозуміти інформацію, яку я отримала. Чи означає це, що на планеті тривають геологічні процеси? Чи означає це, що мені потрібно брати у розрахунок біологічні процеси, щоб скласти картину того, що я бачу? Можливо, це світ без життя, або життя не залишило там жодних слідів, які я могла б помітити?
За допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба я можу проаналізувати світло і від кам’янистих світів. І зараз ми якраз аналізуємо спектр від дуже цікавої системи, яка називається TRAPPIST-1. Це маленьке червоне сонце, навколо якого обертаються сім планет розміром із Землю. Три з них знаходяться на потрібній відстані – де не надто гаряче, але й не надто холодно.
“Спеціалізований телескоп, призначений саме для пошуку ознак життя в атмосфері цих маленьких кам’янистих планет, буде нашим наступним кроком.“
Але, як ви вже згадували, ми насправді вивчаємо всі ці планети, тому що хочемо знайти незвичайні або цікаві ознаки того, якими можуть бути скелясті планети навколо інших зірок. Ми постійно збираємо дані, але нам доводиться довго чекати, тому що треба накопичувати дані від планети щоразу, коли вона проходить перед зіркою, бо кожного разу сигнал дуже слабкий.
ЛЕВІН: Тож, чи можна розраховувати, що ви зможете знайти ознаки життя на планеті? Як ми можемо бути впевнені, що це не просто частина процесу еволюції планети?
КАЛТЕНЕГГЕР: Це чудове запитання, і саме з нього я розпочала свій шлях у цій галузі. Я хотіла дізнатися, як ми можемо у цьому впевнитися? Якщо ви хочете це знати, перше, що ви робите, це дивитеся на Землю. І я сказала: «Гаразд, Земля так сильно змінилася, і це єдиний приклад, коли ми знаємо, що планета так змінювалася.» Тож як довго ми зможемо помічати ознаки, які є не лише геологічними, тобто ті, що ми не можемо пояснити лише геологічними чинниками, на нашій власній планеті? Просто як перший крок, так? Бо якщо ми не зможемо фіксувати ознаки життя на нашій планеті, то це не спрацює більше ніде, тому що тут ми отримуємо найбільше інформації, на основі чого ми будуємо свої міркування.
Отже, якщо подивитися на нашу планету, то можна побачити реакцію кисню з метаном та утворення CO2 і води. Тому, коли ви спостерігаєте присутність одночасно кисню і метану, то десь на планеті існують джерела виділення обох цих газів. Метан можуть викидати вулкани. Але у випадку з киснем, якщо планета обертається на правильній відстані від зірки, то можна припускати, що цей кисень утворився не шляхом випаровування води або розщеплення вуглекислого газу, тобто в нас немає іншого пояснення, окрім того, що цей кисень у поєднанні з таким відновлювальним газом, як метан, з’явився внаслідок діяльності живих організмів. Таку схему виявлення життя можна застосувати для нашої планети.
Але що, якщо геохімія може бути абсолютно іншою? Це те, над чим ми працюємо. Ми намагаємося уявити різні варіанти розвитку подій, можливі форми гірських порід, різні види мінералів, і визначаємо ті ознаки, що можуть вказувати нам на наявність життя, а також ті, що гарантують його відсутність. Якраз тут починається масштабна теоретична робота. Моделювання цих планет, визначення реакції атмосфери, якщо збільшити кількість певних газів, знизити вулканізм чи змінити розмір планети. Також ми намагаємося визначити, варіанти, коли для певної суміші газів лише біологічне пояснення їх походження може вважатися основним.
“Якщо ви зосередитесь лише на зелених рослинах, ви, певно, не знайдете всього іншого різномаїття живих форм, навіть на нашій власній планеті.“
Наразі ми розглядаємо комбінацію кисень-метан або озон-метан. Результати дещо залежать від того, які довжини хвиль ви аналізуєте, це певною мірою визначає характеристики, що ви можете виявити. Загалом ця концепція працює, але тут потрібен контекст. Отже, ви хочете знати, скільки CO2 у вас є, щоб вирахувати, скільки кисню можна отримати таким чином. І ви також хочете дізнатися, скільки води випаровується. Отже, якщо у тому світі дуже спекотно й парко, в атмосфері може накопичитись багато кисню. Але, аналізуючи світло і його відсутність у спектрі, особливості поглинання, можна зрозуміти, скільки там води, CO2, щоб зрозуміти особливості цієї комбінації біосигнатур.
ЛЕВІН: Уявімо, що ви інопланетна цивілізація десь у цьому регіоні. Ми дивимося на них, скажімо, тисячу років тому. Вони дивляться на нас тисячу років тому. А як щодо атмосфери Землі тисячу років тому, чи могли б вони сказати, що на планеті було життя? Звичайно, це була б доіндустріальна епоха, вони б не бачили тих змін, які ми переживаємо зараз.
КАЛТЕНЕГГЕР: Саме тому так цікаво розглядати нашу Землю в часовому розрізі. Тому що, якщо повернутися на тисячу чи п’ять тисяч років назад, не було б ні високих технологій, ні промисловості. Так, цивілізації почали розквітати, але вони були дуже локалізовані.
Однак біосфера, тобто кисень у нашому повітрі з метаном, виникла набагато раніше, ніж ми з вами. Це почалося близько 2 мільярдів років тому. Отже, приблизно 2 мільярди років тому комбінація газів на нашій планеті вже вказувала на те, що на ній є життя. Однак, за цими ознаками не можна визначити, що це за життя. Але якби у вас були якісь технологічні гази або подібні сигнатури, тоді можна було б сказати більше. Але для цього потрібно ще більше світла, ще більше часу і ще більший телескоп.
Тому зараз ми розробляємо проект, який ми називаємо Habitable World Observatory (з англ. «Обсерваторія світів, придатних для життя») – це наступна місія після космічного телескопа Джеймса Вебба. Ця обсерваторія спеціально розроблена для аналізу кам’янистих світів. Мене вражають можливості космічного телескопа імені Джеймса Вебба, але це не лише телескоп для пошуку екзопланет. Він також займається вивченням таємниць чорних дір, ранніх галактик. Тож спеціалізований телескоп, призначений саме для пошуку ознак життя в атмосфері цих маленьких кам’янистих планет, буде нашим наступним кроком.
ЛЕВІН: Можливо, ми можемо уявити, якими можуть бути інші форми життя. Я маю на увазі, що ви описуєте зоряні системи, які зовсім не схожі на нашу. Є система, де сонця навіть не випромінюють у тому діапазоні світла, до якого ми звикли. Світи можуть обертатися навколо мертвих зірок. Вони можуть знаходитися біля надзвичайно блакитних зірок, які мають зовсім інший спектр і просто не вкладаються в рамки нашого розуміння норми.
КАЛТЕНЕГГЕР: Я нещодавно їздила до Єллоустоуна, і мене вразило різномаїття кольорів, а потім я усвідомила, що на нашій планеті існують інші види життя, про які я не знала, бо в моєму уявлені життя асоціюється з людиною, тваринним і рослинним світом. І ми почали тут, в Інституті Карла Сагана, створювати Color Catalog of Life (з англ. – «Кольоровий каталог життя»), де збираємо форми життя з усіх куточків Землі, вирощуємо їх і дивимося, як вони будуть виглядати в об’єктиві телескопа. Бо якщо ви зосередитесь лише на зелених рослинах, ви, певно, не знайдете всього іншого різномаїття живих форм, навіть на нашій власній планеті.
Але яким може бути життя в інших світах? Ви згадали про різну кількість енергії, яку планети отримують від своїх сонць – адже колір сонця вказує на те, скільки енергії переносить кожен фотон. Але цікаво те, що навіть на Землі є організми, які можуть існувати при червоному світлі. Зазвичай це організми, які живуть на рівні рослинної підстилки, адже жовтий спектр світла не проникає так глибоко, на відміну від червоного. Отже, ми знаємо організми, які прямо на нашій планеті можуть розвиватися за різних умов освітлення. Але у що вони могли б еволюціонувати – це цікаве питання, чи перетворилися б вони на динозаврів і згодом на людей, чи мали б зовсім інший вигляд?
Зробити наступний крок і спробувати з’ясувати, як насправді могло б виглядати життя в іншому світі – це ще більший виклик, тому що еволюція була б іншою, умови були б іншими, навіть світло було б іншим. І в цьому плані дуже добре, що ця комбінація кисень-метан або озон-метан, якщо ми говоримо про форми життя на основі вуглецю, може бути досить універсальною. Це те, над чим ми зараз працюємо. А як виглядає життя насправді, ми не зможемо вам розповісти. Ми навіть не зможемо сказати, чи перед нами одноклітинне життя, чи дуже великий інопланетний космічний динозавр. Але комбінація газів має підказати, що там щось є.
“Зробити наступний крок і спробувати з’ясувати, як насправді могло б виглядати життя в іншому світі – це ще більший виклик, тому що еволюція була б іншою, умови були б іншими, навіть світло було б іншим.“
ЛЕВІН: Тут, на Землі, ми знаємо, що життя зароджується в дуже простій формі, і це здається логічним, – я маю на увазі одноклітинні організми. Воно «бовталось» навколо цього дуже довго, перш ніж змогло енергетично подолати бар’єр багатоклітинності. А потім був цей дивовижний і довгий процес еволюції, перш ніж у нас на Землі з’явився весь спектр життя. Природний відбір, стрес, що спонукає до змін, і виживання найбільш пристосованих. Це той шлях, який проходить і решта Всесвіту?
КАЛТЕНЕГГЕР: Наразі ми вважаємо, що коли в атмосфері накопичилося достатньо кисню, який дає більше енергії, почалася еволюція від одноклітинних до багатоклітинних організмів, а потім ще більше кисню уможливило появу все більших і більших організмів.
Чи це працює на кожній планеті? Логіка підказує, що так, але, не маючи жодного іншого джерела інформації, ми просто “тримаємо очі відкритими” й спостерігаємо за тим, що знаходимо. Коли ви говорите з біологами, вони підтверджують, що описаний шлях здається логічним, але застереження полягає в тому, що ми порівнюємо всі ці приклади з одним – нашим власним світом і тим, як він розвивався.
ЛЕВІН: В який момент історії Землі, на вашу думку, стало найбільш очевидно, що в нашій атмосфері існують біосигнатури, якщо ми говоримо про спостереження за нашою планетою на відстані в безліч світлових років?
КАЛТЕНЕГГЕР: Краща відповідь на це питання – зараз. Але виявляється, що коли по землі блукали найбільші істоти, динозаври, навколо було найбільше кисню. Принаймні, це те, що ми можемо дізнатися з кам’яних відкладень. Тож виходить, що насправді легше знайти світ Юрського періоду, ніж нас, якщо ви шукаєте комбінацію кисень-метан.
ЛЕВІН: Видається так, що якщо поглянути на всі ознаки нашого впливу на атмосферу, що викликало кліматичну кризу, то можна переконатися, що ми – крихітна піщинка в історії Землі, і важко уявити, що інша цивілізація помітить, як ми з’явилися і зникли.
КАЛТЕНЕГГЕР: Так, ми поки що крихітний проблиск, але я вболіваю за людство. Я думаю, що ми зможемо проіснувати довше, але маємо зрозуміти, як реально захистити нашу планету і як пом’якшити кліматичні зміни, які ми спричиняємо. Ми з’ясували, що відповідальні за ці зміни, і тепер мусимо врятувати себе.
Як ви сказали, справді цікавим є питання, як ми будемо еволюціонувати. Коли ми шукаємо життя, у нас є інформація про те, яким воно було на Землі раніше, але у нас немає інформації про те, яким воно буде в майбутньому. Звичайно, ви можете погортати наукову фантастику – чи ми підемо в напрямку роботів або завантажимо на комп’ютери свою свідомість? Чи будемо ми все ще мати фізичні тіла? Чи потрібна нам буде їжа і вода? Отже, різні шляхи, якими можна піти, насправді ведуть до різних видів біосигнатур, які можна шукати. Але оскільки вони гіпотетичні, простір параметрів настільки широкий, що ви не можете собі уявити якісь однозначні варіанти.
Але коли ви проєктуєте місію, космічну місію, яка має знайти життя, спосіб зробити це – шукати те, чим, як ми знаємо, було життя раніше, тобто там, де ми маємо дані, де ми знаємо, як інтерпретувати те, що побачимо, а потім потрібно уважно придивлятися до цікавих, дивних сигналів, не лише до чудернацької геохімії чи таємничих проявів життя, але й, можливо, до майбутніх форм життя, які можуть кардинально відрізнятися від того, що ми очікуємо.
“Так, ми поки що крихітний проблиск, але я вболіваю за людство. Я думаю, що ми зможемо проіснувати довше, але маємо зрозуміти, як реально захистити нашу планету і як пом’якшити кліматичні зміни, які ми спричиняємо.“
ЛЕВІН: Отже, ми шукаємо інопланетне життя, що, звичайно, було б відкриттям століття, але чи можливо, що вони також шукають нас? Чи можете ви уточнити, у чому полягає велика різниця між пошуком позаземного розумного життя і виявленням біосигнатур в атмосфері екзопланет?
КАЛТЕНЕГГЕР: Це дуже специфічний і точковий пошук радіосигналів або інших технологічних сигналів, які можуть передаватися в наш бік. Але якщо уявити історію Землі у формі 24-годинного годинника, тобто вкласти туди 4,6 мільярда років, то життя почалося десь о 5-й ранку. Опівдні з’явилася комбінація кисень-метан, про яку я вже згадувала. Але нам, людству, залишилася остання секунда перед північчю, а радіосигнали – лише частка цієї секунди.
Тож питання в тому, що ми намагаємося знайти? Якщо потрібно знайти іншу цивілізацію, подібну до нашої, з якою можна налагодити зв’язок, потрібно сконцентруватися на цій частці секунди в 24-годинному годиннику. Якщо нам необхідно з’ясувати, чи є життя у Всесвіті, то у вас буде більше шансів знайти його, аналізуючи комбінації газів, про які я говорила раніше. Але, звичайно, було б чудово отримати сигнал і повідомлення від інопланетян. Але тут можна звернути увагу на один цікавий момент – а чи зрозуміємо ми насправді цей сигнал? Чи знайдемо ми повідомлення?
Цікаво припустити, що якщо життя є скрізь у Всесвіті, то воно могло б знайти нас, адже за 2 мільярди років можна було б з’ясувати, що на нашій планеті є життя, якби вони просто мали наш рівень технологій.
Тому одне з питань, яке я собі ставлю, звучить так: «Де б ми були, якби були інопланетянами?». Хто міг би нас побачити? Тому що можна визначити, які зірки мають ідеальну точку спостереження, щоб виявити Землю транзитним методом.
“Земля – моя улюблена планета. Дозвольте мені сказати це прямо. Але, можливо, ми ще не доросли до рівня “дорослих” з перспективи інопланетян.“
А де ж тоді всі? І що мені видається дуже кумедним у цьому питанні, так це наше безапеляційне припущення, що якби хтось нас знайшов, то одразу захотів би з нами поспілкуватися. Тому що, коли я роблю це в аудиторії і запитую своїх студентів: “У мене є дві планети, одна на 5 000 років старша за нас, інша на 5000 років молодша. У мене є ресурси лише для того, щоб полетіти на одну з них; яку з них ви бажаєте, щоб я обрала?”. Вони впевнено обирають більш розвинену, тому що хочуть чогось навчитися. І якщо перефразувати це питання, то воно звучить так: «Навіть якби хтось нас знайшов, навіщо б їм до нас прилітати?». Земля – моя улюблена планета. Дозвольте мені сказати це прямо. Але, можливо, ми ще не доросли до рівня “дорослих” з їх перспективи.
ЛЕВІН: Ви так захоплюєтесь своєю темою. Ми хочемо запитати, що саме у ваших дослідженнях приносить відчуття задоволення?
КАЛТЕНЕГГЕР: Коли я дивлюся на небо вночі й бачу ці зірки, і тепер уже знаю, що навколо них є планети. Я розумію, що зараз існує інструмент, за допомогою якого я можу поглянути на деякі з цих зірок, щоб з’ясувати, чи ми одні у Всесвіті. Я думаю, що сама думка про те, що ми переписуємо наше бачення свого місця в космосі, і що я можу бути частиною цього процесу, приносить мені радість. Якою б нудною не була зустріч, скільки б адміністративної рутинної праці мені не доводилося робити, скільки б мій код не боровся зі мною і не компілювався, ми – дослідники, а досліджувати завжди важко.
[Грає мелодія]
ЛЕВІН: Дивовижно. Ми розмовляли з астрономом Лізою Калтенеггер про пошук екзопланет, що детально описаний в її новій книзі Alien Earths (з англ. – «Планети чужинців»). Лізо, дякую, що приєдналися до нас.
КАЛТЕНЕГГЕР: Дуже дякую за запрошення.