Признак жизни оказался признаком ее отсутствия: космическая химия сыграла с учеными злую шутку

Космос полон загадок, и одна из самых интересных — это природа объектов, которые не дотягивают до звания настоящих звёзд. Речь идёт о коричневых карликах, своеобразных "неудавшихся звёздах". Они рождаются так же, как и их более яркие собратья, из сжимающихся облаков космического газа, но их масса недостаточна для запуска в недрах устойчивой термоядерной реакции превращения водорода в гелий.

В результате они не загораются по-настоящему, а лишь тихо тлеют, излучая тепло в инфракрасном диапазоне. Эти космические тела, открытые лишь в конце XX века, занимают промежуточное положение между звёздами и планетами-гигантами, и их изучение помогает нам лучше понимать процессы формирования как тех, так и других.

Как устроены коричневые карлики

Процесс формирования коричневого карлика начинается со сжатия газопылевого облака. Если его масса превышает примерно 13 масс Юпитера, в центре всё же запускается термоядерная реакция, но в качестве топлива выступает не обычный водород, а его более тяжёлый изотоп — дейтерий. Однако этот процесс недолговечен и исчерпывает себя за какие-то миллионы лет, что по астрономическим меркам — лишь мгновение. После этого единственным источником тепла для карлика остаётся гравитационное сжатие.

Внутри этих объектов бушуют мощные конвекционные потоки. Раскалённый газ из ядра поднимается к поверхности, передаёт своё тепло внешним слоям, остывает и снова опускается вниз. Именно это остаточное тепло мы и регистрируем как тусклое свечение. Температурный диапазон коричневых карликов невероятно широк: самые массивные и молодые из них могут раскаляться до 2000°C, в то время как самые холодные имеют температуру, комфортную для жизни человека.

Химическая лаборатория в атмосфере

Отсутствие мощного излучения, которое характерно для звёзд, создаёт в атмосферах коричневых карликов уникальные условия для протекания сложных химических реакций. Эти процессы невозможно наблюдать ни на горячих светилах, ни на планетах земного типа. Чтобы заглянуть в эту химическую лабораторию, астрономам нужны мощные инструменты, способные уловить инфракрасное излучение.

Такой телескоп, как Джеймс Уэбб, находясь выше земной атмосферы, идеально подходит для этой задачи. Он действует как космический сыщик, снимая "спектральные отпечатки пальцев" молекул — уникальные узоры из тёмных линий в спектре излучения карлика, по которым можно точно определить состав его атмосферы.

Неожиданная находка: фосфин

Именно таким образом в атмосфере коричневого карлика Wolf 1130C, температура которого составляет около 320°C, была обнаружена простая молекула — фосфин (PH₃), состоящая из одного атома фосфора и трёх атомов водорода. Эта находка вызвала особый интерес у научного сообщества, поскольку всего несколькими годами ранее схожая сигнатура, найденная в атмосфере Венеры, породила жаркие споры о возможных следах жизни.

На Земле фосфин производится преимущественно анаэробными микроорганизмами или в промышленных условиях, поэтому его стали активно рассматривать как потенциальную биосигнатуру — признак жизнедеятельности. Однако его присутствие в негостеприимной атмосфере коричневого карлика ставит под сомнение такую прямолинейную интерпретацию.

А что если…

Если мы слишком поспешно объявим фосфин однозначным признаком жизни, мы рискуем столкнуться с чередой ложных открытий. История астрономии уже знает подобные примеры, когда необычные химические или физические явления сначала приписывались деятельности внеземных цивилизаций, а позже находили своё естественное объяснение. Современная наука требует исключать все возможные абиогенные причины, прежде чем делать столь громкие заявления.

Распространённые мифы о фосфине

Миф: обнаружение фосфина на другой планете однозначно свидетельствует о наличии жизни.
Правда: как показывает пример Wolf 1130C, фосфин может стабильно существовать и производиться в результате чисто химических процессов, не связанных с биологией.

Миф: фосфин — уникальная молекула, которая не может долго сохраняться в космосе.
Правда: в восстановительных атмосферах газовых гигантов и коричневых карликов фосфин может быть стабильным и постоянно пополняться из недр объекта.

Миф: сигнал фосфина на Венере был ошибкой измерения.
Правда: вопрос остаётся открытым. Новые данные не отменяют сам факт возможного обнаружения на Венере, но заставляют пересмотреть его интерпретацию.

Советы шаг за шагом: как ищут инопланетную жизнь

1. Обнаружение аномалии. С помощью мощных телескопов, таких как Джеймс Уэбб, учёные получают спектры атмосфер далёких планет и коричневых карликов.
2. Идентификация молекулы. В спектре ищут характерные линии, соответствующие определённым химическим соединениям, вроде фосфина.
3. Моделирование среды. Астрофизики строят модели атмосферы, чтобы понять, насколько устойчива там эта молекула и требует ли её присутствие постоянного источника.
4. Поиск абиогенных объяснений. Только исключив все возможные природные, небиологические пути образования, можно с осторожностью выдвигать гипотезу о биологическом происхождении.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: считать фосфин универсальной биосигнатурой.

Последствие: ложные положительные результаты в поисках внеземной жизни, подрыв доверия к астробиологии.

Альтернатива: использовать комплексный подход, ища не одну, а несколько взаимодополняющих биосигнатур (например, сочетание кислорода, метана и озона), и тщательно моделировать химию планетарных атмосфер с помощью суперкомпьютеров.

Три удивительных факта о коричневых карликах

1. Некоторые из самых холодных известных коричневых карликов имеют температуру, при которой в их атмосфере могла бы конденироваться вода, образуя облака из водяного пара.
2. Несмотря на название "карлик", многие из этих объектов всего в несколько раз больше Юпитера по диаметру, но при этом в десятки раз массивнее.
3. Астрономы предполагают, что коричневые карлики могут быть одним из самых распространённых типов объектов в нашей Галактике, просто их очень трудно обнаружить.

Часто задаваемые вопросы

Как выбирают цели для поиска биосигнатур?

В приоритете находятся каменистые экзопланеты в обитаемой зоне своих звёзд, где условия теоретически допускают существование жидкой воды. Однако, как показывает история с фосфином, важно изучать и негостеприимные миры, чтобы лучше понимать границы возможного для абиогенной химии.

Сколько стоит исследование экзопланет?

Стоимость таких проектов колоссальна. Например, запуск телескопа Джеймс Уэбб обошёлся почти в 10 миллиардов долларов. Однако эти инвестиции окупаются прорывными открытиями, которые меняют наше понимание Вселенной.

Что лучше подходит для поиска жизни: марсоходы или телескопы?

Оба подхода дополняют друг друга. Марсоходы, такие как Perseverance, ищут следы прошлой жизни непосредственно на поверхности. Телескопы же, такие как Джеймс Уэбб, сканируют атмосферы планет у других звёзд в поисках химических следов существующей жизни.

Исторический контекст

Открытие коричневых карликов в 1990-х годах стало возможным благодаря технологическому рывку в инфракрасной астрономии. Первые кандидаты были найдены в знаменитом скоплении Плеяды. Это открытие заставило астрономов пересмотреть существовавшие классификации небесных тел и выделить эти "несостоявшиеся звёзды" в отдельный класс.

Обнаружение же в их атмосферах сложных молекул, подобных фосфину, с помощью телескопа Джеймс Уэбб знаменует собой новый этап — переход от простого обнаружения этих объектов к глубокому изучению их сложной и разнообразной химии, что в конечном счёте помогает нам точнее определять, где во Вселенной может скрываться жизнь.