InquirerEco concerns raised over land conversion in Tarlac Aeta communitiesESPNSources: Simmons told to leave Chiefs team meeting by Reid, MahomesESPN DeportesJazz toma ventaja temprano frente a LakersThe Jerusalem PostIDF chief pushed back on Netanyahu order for ‘action’ against Iran, fearing political motivesPunchFULL LIST: NDC names Peter Obi, Henry Dickson, others as campaign council membersDaily MaverickANALYSIS: Inside the big shiny plan to change how local government worksZDF heuteEntdecken Sie das ZDF-NachrichtenstudioThe South AfricanCats to burps: The Kiffness trolls President Trump [video]SRF NewsGrosser Preis der USA – Antonelli siegt in Austin – doch die WM-Entscheidung ist vertagtNU.nlSven Kockelmann wint Sonja Barend Award voor interview met Dick SchoofNational PostTrump says decision nearing on Iran: deal or ‘finish it off’Rai NewsSerie A, Serie A, Udinese-Milan0-2: i rossoneri agganciano la terza piazza e la Roma
KioskNews
The Daily Newsstand · Free, Always
Sunday, October 25, 2026
Language
Хабр·Russia·

[Перевод] Вероятность и возникновение жизни за пределами Земли: астрономический взгляд

Translate

avshkol14 минут назад

Глава книги, которая вышла в издательстве Springer в сборнике «Первый контакт: пришельцы и люди в современной научной фантастике»

Вероятность и возникновение жизни за пределами Земли: астрономический взгляд

Флорис ван дер Так

Likelihood and appearance of life beyond the Earth: An astronomical perspective

Floris van der Tak

Ссылка на публикацию

Аннотация

По состоянию на 2023 год известно более 5500 планет, вращающихся вокруг звезд, помимо нашего Солнца. Мы можем измерять их размеры и орбитальные периоды, вычислять их массы и температуры, а также их химический состав. Основываясь на этих данных, можно оценить, что около 1% экзопланет потенциально пригодны для жизни в том виде, в каком мы её знаем. Это подразумевает, что из миллиардов планет в нашей Галактике некоторые могут быть фактически обитаемы, по крайней мере, в части микробов. При этом распознавание признаков внеземных форм жизни является серьезной проблемой для современных технологий из-за широкого спектра исходных условий на экзопланетах и огромного разнообразия форм, которые может принимать жизнь. В данной главе рассматриваются результаты наблюдений экзопланет, а также обсуждаются астробиологические определения обитаемости и вероятность обнаружения жизни за пределами Земли как внутри, так и за пределами Солнечной системы.

Ключевые слова: экзопланеты – обитаемость – биосигнатуры.

1. Введение

Мир, в котором мы живем, представляет собой небольшую каменистую планету, вращающуюся вокруг звезды средних размеров. Наша Солнечная система содержит четыре небольшие каменистые планеты, вращающиеся вокруг Солнца, и четыре газовых гиганта на более удаленных орбитах. Планеты сильно различаются по своим размерам, массам и составу, нет двух одинаковых планет. Планеты вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости и в одном направлении, что говорит о том, что Солнечная система сформировалась как единое целое во вращающемся плоском диске, называемом протосолнечной туманностью (Сведенборг, 1734; Кант, 1755). Помимо Солнца и главных планет, Солнечная система содержит по меньшей мере девять карликовых планет (1), более 100 спутников, тысячи известных (и гораздо больше неизвестных) комет, миллионы астероидов и пылевые частицы, видимые как зодиакальный свет незадолго до восхода или сразу после захода Солнца.

(1) Как и планета, карликовая планета вращается вокруг звезды и достаточно массивна, чтобы принять почти округлую форму, но, в отличие от планеты, недостаточно массивна, чтобы расчистить свою орбитальную окрестность.

Распределение этих тел по массе противоположно их распределению по количеству: на Солнце приходится 99% массы Солнечной системы, на планеты — 1%, в то время как остальные тела вносят пренебрежимо малый вклад в общую массу.

Идея о том, что у других звезд также могут быть планеты, уходит корнями как минимум к Бруно (1584) и Ньютону (1713), и в XIX и XX веках предпринималось множество попыток найти такие планеты. Ранние поиски экзопланет были сосредоточены на астрометрических методах, при которых вращающаяся планета вызывает периодическое движение своей звезды-хозяина в плоскости неба. Такие движения видны с помощью цифровых камер на космических телескопах (Gaia Collaboration, 2023), но они слишком малы, чтобы их можно было увидеть с Земли с помощью фотопластинок. К сожалению, вплоть до 1970-х годов появлялось несколько ложных заявлений об обнаружении экзопланет (которые оказывались ошибками измерений или звездами-компаньонами с небольшой массой), что снискало всей этой области дурную репутацию. Первая планета вокруг звезды солнечного типа была обнаружена по периодическому радиальному движению ее звезды-хозяина, наблюдаемому через эффект Доплера (2) — метод, заимствованный из поисков двойных звезд с небольшой массой (Майор и Кело, 1995).

(2) Эффект Доплера укорачивает длину звуковой и световой волны от объектов, приближающихся к наблюдателю, что приводит к синему смещению для света и повышению тона для звука. Обратный эффект возникает для удаляющихся объектов.

Их открытие привело к присуждению Нобелевской премии по физике 2019 года. Радиальное движение будет достаточно велико, если планета массивна, а ее орбита мала, поэтому, естественно, первыми планетами, найденными этим способом, были планеты с массой как у Юпитера, но с орбитами как у Меркурия. Получившие прозвище «горячие юпитеры», эти планеты представляют собой популяцию, не имеющую аналогов в нашей Солнечной системе.

Наблюдения радиальных скоростей привели к предсказанию, что некоторые планеты будут проходить по диску своих звезд-хозяев в так называемом транзите — явлении, которое происходит для Меркурия каждые ~10 лет, а для Венеры — каждые ~100 лет. Первая транзитная экзопланета была обнаружена Шарбонно и др. (2000), а миссия ESA Corot (2007–2014) и, особенно, миссия NASA Kepler (2009–2018) превратили этот метод в индустрию, давшую нам сведения о тысячах экзопланет. В отличие от метода радиальных скоростей, метод транзита дает однозначные размеры планеты и ее орбиты. Как и в методе радиальных скоростей, наблюдаемые транзиты смещены в сторону больших планет на малых орбитах.

Первые прямые обнаружения экзопланет были сделаны в 2008 году с помощью телескопов Keck и Gemini (Маруа и др., 2008). В настоящее время эта техника осуществима только для больших планет, которые достаточно молоды и нагреты, чтобы быть яркими в инфракрасном диапазоне. Главная задача здесь — достижение высокого контраста на изображении, чтобы звезда не затмевала планету. Космические обсерватории имеют преимущество: так, обсерватория NASA Roman, запуск которой запланирован на 2027 год, сможет обнаруживать зрелые газовые гиганты. Другие методы поиска экзопланет включают использование гравитационного линзирования, обзор см. у Перримана (2018).

По состоянию на октябрь 2023 года все эти методы в совокупности способствовали выявлению более 5500 экзопланет (NASA, 2023). Вопрос о том, обитаемы ли некоторые планеты внутри или за пределами нашей Солнечной системы, существует уже столетия, а первые задокументированные предположения восходят, например, к Гюйгенсу (1698) и Гершелю (1795). В данной статье рассматривается статус поисков обитаемых миров во Вселенной с астрономической точки зрения.

В разделе 2 описываются наблюдаемые свойства известной популяции экзопланет. В разделе 3 рассматривается концепция планетной обитаемости и оценивается количество потенциально обитаемых миров. В разделе 4 обсуждаются ограничения планетной обитаемости. Раздел 5 посвящен описанию поисков жизни вне Земли. В разделе 6 подводятся итоги и очерчиваются будущие перспективы данного направления.

2. Наблюдаемая популяция экзопланет

Спустя 25 лет после начала исследований экзопланет стало ясно, что планет больше, чем звезд. В среднем на одну звезду приходится не менее 1,1 планеты, но распределение зависит от массы и состава. Если только у одной из 10 звезд есть планета размером с Юпитер, то у одной из трех — размером с Нептун, а у каждой звезды (в среднем) есть планета размером с Землю.

Звезды с более высокой долей элементов тяжелее гелия, как правило, имеют больше планет-газовых гигантов, что согласуется со сценариями, когда планетные ядра наращиваются из тяжелых элементов, хотя эта тенденция не сохраняется для каменистых планет (Буххаве и др., 2012).

Малые тела вокруг других звезд также известны: экзопланетные кометы были обнаружены вокруг звезды β Пик в 1987 году, еще до открытия первой экзопланеты (Ферле и др., 1987), и с тех пор они были найдены вокруг ~30 звезд с помощью спектроскопии и/или фотометрии (3) (Стрём и др., 2020), а недавно и по их транзитам (Зиба и др., 2019).

(3) Фотометрия — это измерение абсолютной интенсивности источника света; спектроскопия — это измерение распределения света по длинам волн.

Пояса астероидов и пылевых облаков видны на снимках близких звезд в ближнем и дальнем инфракрасном диапазоне (Гривз и др., 1998; Калас и др., 2005), а кольцевые системы, возможно, были замечены вокруг двух экзопланет (Кенуорти и Мамаек, 2015; Кенуорти и др., 2023). На сегодняшний день вокруг экзопланет, возможно, было обнаружено только два спутника (напр., Киппинг и др., 2022), но оба эти заявления оспариваются. Такое малое число удивляет, поскольку в Солнечной системе спутники превосходят планеты по численности в соотношении 10:1, а самые крупные локальные спутники больше самых маленьких планет. Прямые обнаружения экзопланет помогут в этом, например, с помощью телескопа Roman, поскольку они позволят наблюдать экзолуны в транзите по диску их планет-хозяев. Аргументы динамической устойчивости предполагают, что экзолуны могут преимущественно встречаться вокруг планет с долгими периодами обращения, для обнаружения которых требуются наблюдательные кампании продолжительностью в десятилетие или более (Добос и др., 2022). Такие кампании также необходимы для поиска истинных аналогов нашей собственной Солнечной системы.

Массы и размеры экзопланет являются одними из их наиболее фундаментальных свойств. Метод радиальных скоростей даёт только нижний предел массы планеты, поскольку наклон плоскости орбиты к линии зрения неизвестен. Если планета при этом транзитна, орбита должна быть ориентирована ребром, поэтому при известной массе глубина транзита даёт размер. Современные методы позволяют измерять радиальные скорости ниже 1 м/с (что соответствует доплеровскому смещению в 10-9 длины волны) и глубины транзита в 10-5 относительной яркости. Массы известных экзопланет варьируются от нескольких масс Юпитера до менее одной массы Земли; дополнительную информацию см. в NASA (2023). На рис. 1 сравнивается архитектура Солнечной системы с архитектурой двух известных экзопланетных систем.

Поиски экзопланет выявили несколько типов планет, которые не встречаются в Солнечной системе. В частности, большинство планет во Вселенной, как оказалось, имеют промежуточный размер, то есть массу между массой Нептуна и Земли. Планеты, вращающиеся очень близко к своим звездам-хозяевам, являются еще одним примером планет без локальных (в Солнечной системе) аналогов. Газовые гиганты не могут сформироваться близко к своим звездам, поэтому открытие горячих юпитеров указывает на то, что планеты могут мигрировать на другие орбиты после своего формирования. Этот тип планет, хотя и легко обнаруживается, на самом деле довольно редок: частота встречаемости составляет менее 1%. С другой стороны, прямое наблюдение выявило планеты, находящиеся очень далеко от своих звезд-хозяев (в несколько раз дальше, чем в Солнечной системе), и даже планеты без звезд-хозяев, такие как свободно летящие планеты размером с Юпитер в Туманности Ориона (Пирсон и МакКриган, 2023). Планеты-сироты могут быть результатом динамического выброса из кратных систем или процессов формирования, подобных тем, что формируют звезды с низкой массой.

Температуры экзопланет являются важнейшими исходными данными для понимания их физического состояния. Планетарные температуры можно грубо оценить, предполагая равновесие между нагревом звездным светом и охлаждением за счет теплового излучения. Температура здесь зависит главным образом от светимости звезды и размера орбиты (оба этих параметра измеряются), а также от планетного альбедо и излучательной способности, для которых необходимо принять опорные значения. Этот метод зависит от предполагаемой скорости вращения и игнорирует парниковый эффект (заметный для Земли и очень сильный на Венере) и тепло из недр планеты, оставшееся от её формирования (важное для Юпитера и Сатурна) и от распада радиоактивных элементов. Необходимые входные данные для оценки этих эффектов обычно недоступны для экзопланет, но можно сделать разумные допущения для построения моделей. Температуры, полученные таким образом, варьируются от уровней ниже точки замерзания до уровней выше точек плавления горных пород и металлов. Следовательно, считается, что самые теплые планеты размером с Землю и большинство обнаруженных планет промежуточного размера имеют на поверхности магматические океаны, подобные тем, что существовали на Земле в ранние дни. В будущем визуализация экзопланет на нескольких инфракрасных длинах волн позволит нам напрямую измерять их температуры излучения.

Средние плотности экзопланет важны как ключ к пониманию их состава. Для транзитных планет масса известна по амплитуде радиальных скоростей, а размер — по глубине транзита. Комбинирование массы и размера даёт среднюю плотность, которая, как было обнаружено, варьируется от 0,2 г/см3 (что соответствует чистому газообразному водороду/гелию при комнатной температуре и давлении) до 10 г/см3 (что аналогично чистому твердому железу, если пренебречь эффектами сжатия). Промежуточные плотности соответствовали бы чистой воде (1 г/см3) или горным породам (3-5 г/см3), но такие планеты, вероятно, имеют смешанный состав, как Земля с ее металлическим ядром и каменистой мантией. Дополнительные ключи к составу планеты могут быть получены из спектроскопии ее атмосферы (для летучих видов) и ее звезды-хозяина (для тугоплавких видов).

Изучение атмосфер экзопланет полезно для понимания планетного (летучего) состава, поскольку атмосферы более доступны для наблюдения, чем поверхности или недра, хотя состав атмосферы не обязательно репрезентативен для состава планеты, как показывает пример Земли. Изучение атмосфер также полезно для понимания формирования планеты (например, из пыли или из газа) и последующей эволюции (например, миграции на другие орбиты или загрязнения при столкновениях с другими телами). Наконец, изучение атмосфер даёт ключи к оценке обитаемости планеты, поскольку атмосфера позволяет удерживать летучие вещества (важные для циркуляции и переноса органики) за счет их конденсации в облака. В нашей Солнечной системе все планеты и несколько спутников имеют атмосферы, но их свойства сильно различаются.

Юпитер и Сатурн имеют толстые атмосферы солнечного состава (в основном водород и гелий), что указывает на то, что они сформировались вместе с Солнечной системой. Атмосферы Урана и Нептуна, хотя также толстые и состоящие в основном из водорода и гелия, обогащены конденсируемыми газами (CO2, H2O, CH4), что указывает на то, что их формирование завершилось, когда Солнечная система потеряла свой газ. Напротив, каменистые планеты имеют тонкие тяжелые атмосферы, состоящие из CO2 (Венера и Марс) или N2 (Земля, а также крупнейший спутник Сатурна Титан). Эти планеты потеряли свои первоначальные водород-гелиевые атмосферы (о чем свидетельствует истощение тяжелых инертных газов) и приобрели свои нынешние «вторичные» атмосферы за счет дегазации магматических океанов (Кайт и Барнетт, 2020) и доставки кометами и астероидами (Броудли и др., 2022). После своего формирования они значительно эволюционировали: Марс и Венера потеряли свою воду, а атмосфера Земли обогатилась O2 в результате биогенных процессов. Обзор сегрегации летучих веществ и процессов во время формирования планет см. у Зуэра и др. (2023).

Атмосферы экзопланет можно изучать, если планета наблюдается в транзите или при прямом обнаружении. Для транзитных планет состав атмосферы может быть получен путем сравнения спектра во время транзита (когда звездный свет фильтруется атмосферой планеты) со спектром во время затмения (эклипса), когда планета проходит за звездой и наблюдается чистый звездный свет. Между транзитом и затмением в видимой части спектра наблюдается смесь прямого и отраженного звездного света, а в инфракрасном диапазоне — смесь звездного и планетного излучения. Отслеживая эту смесь вдоль орбиты (так называемая фазовая кривая), можно наблюдать продольную структуру, например, различия между утренней и вечерней сторонами планеты. Такую информацию также можно получить из транзитных наблюдений с разрешением по времени, в частности, во время входа и выхода планеты за диск звезды. Обзор этих методов см. у Кроссфилда (2015) и Деминга и др. (2019); обзор результатов см. у Мадхусудхана (2019).

До запуска космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) в декабре 2021 года было обнаружено около дюжины атомных и дюжины молекулярных видов. К числу главных результатов JWST в этой области относятся обнаружение SO2 в WASP-39b (признак активной фотохимии; Цай и др., 2023) и одновременное обнаружение CO2 и CH4 в K2-18b (Белл и др., 2023). Пока такие измерения возможны только для газовых гигантов; для каменистых планет даже JWST получает только верхние пределы (Зиба и др., 2023; Грин и др., 2023). Количественный анализ атмосфер экзопланет остаётся сложным: расчётные содержания сильно зависят от модели фоновой атмосферы.

3. Определения планетной обитаемости

Чтобы определить условия, необходимые планете для поддержания жизни, мы обращаемся к базовым потребностям живых организмов, а это, в свою очередь, требует операционального определения того, что же такое жизнь. В данном обзоре основное внимание уделяется жизни в том виде, в каком мы знаем её на Земле, поскольку искать нечто неизвестное труднее, чем искать нечто знакомое. В то же время ведутся поиски альтернативных форм жизни; недавний обзор см., например, у Кливза и др. (2023).

Хотя растения и животные являются для нас наиболее заметными видами жизни, самой распространённой формой жизни на Земле являются бактерии и другие микробы. Базовой единицей жизни в том виде, в каком мы её знаем, является клетка, которая осуществляет метаболизм и размножение и может подвергаться (дарвиновской) эволюции. Для выполнения этих функций жизнь, какой мы её знаем, имеет четыре базовые потребности.

Первая — это энергия, которая может поступать в виде тепла (например, на дне океана, по сути, остаточное тепло от формирования планеты), солнечного света (используется растениями и другими фотосинтезирующими организмами), химической энергии (используется некоторыми бактериями) или существующего органического вещества (используется животными).

Второе требование — это питательные вещества, например, для построения клеточных мембран (для разграничения себя с внешним миром) и носителей информации (для размножения). Биомолекулы на Земле опираются преимущественно на шесть химических элементов: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и серу (в совокупности обозначаемых аббревиатурой CHNOPS). Например, молекула ДНК содержит все эти элементы, кроме серы. Многие организмы дополнительно зависят от других элементов, таких как железо для связывания O2 в крови, или молибден для высвобождения азота из N2, но это не универсальные потребности. Потребность жизни в переходных металлах как в катализаторах подчеркивает важность планетных процессов, таких как ограниченная дифференциация и поздняя аккреция (Уэйд и др., 2021).

Набор элементов CHNOPS весьма далек от набора самых распространённых элементов в Солнечной системе: её масса на 99% приходится на Солнце, которое, в свою очередь, состоит из водорода и гелия (Лоддерс, 2003). Этот набор также не относится к самым распространённым элементам на Земле, к которым относились бы железо и кремний (МакДона и Аревало, 2008), или тех, что доминируют в земной коре (Рудник и Гао, 2003). Но это самые распространённые летучие элементы на Земле, что означает, что они встречаются преимущественно в соединениях с низкими температурами кипения и плавления. Это элементы, доминирующие в океанах Земли, и они обладают высокой электроотрицательностью, что позволяет им образовывать растворимые соли или молекулы (Миллеро и др., 2008).

Из элементов CHNOPS только водород существовал с первых трех минут существования Вселенной, когда атомы сформировались из субатомных частиц. Элементы тяжелее лития были образованы позже путем ядерного синтеза в центрах звезд; элементы тяжелее железа были образованы в сверхновых, слияниях нейтронных звезд и других энергетических событиях, приводящих к высоким потокам нейтронов. В так называемых s- и r-процессах захват одиночных или множественных нейтронов сопровождается β-распадом с образованием новых элементов. Накопление достаточного количества CHNOPS для формирования каменистых планет с водой и биомолекулами заняло ~2 миллиарда лет (Даял и др., 2015), что оставляет >10 миллиардов лет на развитие жизни на планетах.

Предложения об альтернативных биохимиях на основе кремния вместо углерода встречаются как в научной, так и в популярной литературе (например, пожирающая камни Хорта из «Звездного пути»). Идея заключается в том, что, поскольку эти два элемента находятся в периодической таблице друг под другом, их химия должна быть схожей. С точки зрения распространённости это возможно: хотя в Солнце кремния в 16 раз меньше, чем углерода, на Земле разница составляет лишь 2 раза. Проблема кремниевой жизни заключается в низкой летучести его соединений, особенно в окислительных условиях. В частности, оксиды углерода являются газами, тогда как оксиды кремния — твёрдыми веществами. Восстановительные (богатые водородом) условия могут быть более благоприятными для кремниевой жизни; в частности, силан (SiH4) является газообразным при комнатной температуре и давлении. Кроме того, цепи кремний-кремний менее стабильны, чем цепи углерод-углерод. Для дальнейшего обсуждения см., например, Петковски и др. (2020).

Третье требование для жизни, какой мы её знаем, — это растворитель. Только в растворе химия протекает достаточно быстро для создания сложных молекул, таких как белки. Жидкость действует как транспортная среда, которая сводит органику вместе. Для эффективного перемешивания важны потоки воды, которые требуют градиентов температуры и/или приливных сил от спутника.

Четвёртое и последнее базовое требование — это существование стабильных благоприятных условий, что подразумевает стабильную орбиту вокруг долгоживущей звезды без сильных вспышек или иной изменчивости. Время жизни звёзд быстро уменьшается с ростом массы, что делает звёзды значительно массивнее Солнца непригодными для жизни, так как их время жизни составляет менее миллиарда лет. Самый распространённый тип звёзд в нашей Галактике — красные карлики с массой ~0,5 массы Солнца и временем жизни >10 миллиардов лет. Вокруг таких звёзд было найдено множество планет, включая нашего ближайшего соседа Проксиму Центавра (Англада-Эскуде и др., 2016) и известную систему TRAPPIST-1 с семью умеренными планетами размером с Землю (Жийон и др., 2017; Рис. 1 внизу).

Однако высокая вспышечная активность красных карликов может быть ограничением для развития жизни на планетах, вращающихся вокруг них.

Другие планетные условия, вероятно, полезны для жизни, но могут и не быть столь существенными. К ним относится наличие магнитного поля, защищающее от солнечного ветра, космических лучей и других высокоэнергетичных частиц из космоса, которые могут вызывать эрозию атмосферы. Еще одним, возможно, важным условием является наличие тектоники плит и вулканизма, что помогает стабилизировать климат за счет циклического поступления газов в атмосферу и выхода из нее, в частности парникового газа CO2 (Оостерлоо и др., 2021). Какие именно условия являются существенными или полезными для обитаемости планет, является предметом длящихся дискуссий в научной литературе (Кокелл и др., 2016; Медоуз и Барнс, 2018).

Потребность жизни в растворителе накладывает ограничения на температуру и давление на поверхности планеты. В случае воды для существования H2O в жидком виде необходима температура от 0 до 100 °C и давление выше 6 мбар. Через поверхностную гравитацию требование по давлению переводится в требование по размеру: планета должна быть как минимум размером с Марс, хотя подповерхностные океаны могут существовать и на телах меньшего размера (таких как Европа). Через предположение о радиационном равновесии требование по температуре переводится в допустимый диапазон размеров орбит, который зависит от светимости звезды-хозяина. Этот диапазон обычно известен как обитаемая зона (ОЗ) звезды (Кастинг и др., 1993), что справедливо для атмосфер с составом, подобным земному.

В то время как первоначальная (иногда называемая наивной) концепция ОЗ включает все орбиты, где равновесная температура находится между точками замерзания и кипения воды, диапазон радиусов орбит, где жидкая вода может существовать на поверхности планеты, значительно уже из-за эффектов обратной связи (Коппарапу и др., 2013). В частности, внутренняя граница ограничена «неконтролируемым парниковым эффектом»: испаряющаяся вода действует как парниковый газ, что приводит к дальнейшему нагреву и испарению. Этот самоусиливающийся цикл, вероятно, привел к жаркому и сухому климату на Венере. Аналогично, внешняя граница ОЗ ограничена эффектом «неконтролируемого снежного кома» (runaway snowball effect). Ледяные шапки отражают звездный свет, что приводит к меньшему нагреву и большему замерзанию воды. Этот эффект, возможно, способствовал холодному и сухому климату на Марсе, который обладал богатой водой поверхностью до 2 миллиардов лет назад. На Земле исторические периоды оледенения заканчивались из-за усиления нагрева в результате периодических колебаний ее орбиты, известных как циклы Миланковича, а также других эффектов, таких как общее повышение яркости Солнца и накопление вулканического CO2.

Возможно, Земля никогда не была полностью покрыта льдом, океаны оставались открытыми вблизи экватора — состояние, известное как Jormungand climate (Эббот и др., 2012).

Количество (потенциально) обитаемых экзопланет может быть оценено на основе свойств известных экзопланет путем применения ограничений к их размерам (для атмосферного давления) и равновесным температурам, чтобы жидкая вода могла существовать на их поверхностях. Верхний предел количества получается, если принять точки замерзания и кипения чистой воды (273 и 373 K) в качестве температурных ограничений; мы называем их «наивными» пределами. Более реалистичные пределы, включающие климатические эффекты и обратные связи, — это температуры между 246-295 K («мягкие» пределы) или 260-289 K («строгие» пределы) (Коппарапу и др., 2013). По состоянию на август 2023 года было подтверждено 5502 обнаружения экзопланет (NASA, 2023), из которых 378 имеют размеры от 0,4 до 2,5 радиусов Земли и температуры в пределах «наивных» ограничений, из них 147 попадают в «мягкие» пределы, а 98 — в «строгие» пределы. Эти числа приблизительны, поскольку пределы не учитывают газы, отличные от H2O, эффекты облачности или объемные климатические эффекты.

В зависимости от того, какие пределы мы используем, от 2% до 7% планет можно назвать потенциально обитаемыми. Наша галактика, Млечный Путь, содержит ~100 миллиардов звезд и не менее такого же количества планет. Следовательно, основываясь на размере и температуре, около миллиарда планет в Млечном Пути потенциально обитаемы. Исключение центра Галактики, где высокая частота взрывов сверхновых может ограничивать обитаемость, и окраин Галактики, где меньшее количество тяжелых элементов может препятствовать формированию планет, уменьшает эту оценку в несколько раз (Лайнуивер и др., 2004). Учёт только звезд с временем жизни дольше, чем у Солнца, еще сильнее уменьшает эту оценку: распределение звёздных масс резко падает ближе к высоким значениям. Мы делаем вывод, что только в нашей Галактике сотни миллионов планет потенциально обитаемы, и то же самое, в принципе, справедливо для большинства из ~100 миллиардов других галактик во Вселенной. Кроме того, некоторые эколуны могут иметь размеры и температуры, допускающие наличие жидкой воды на их поверхностях.

Альтернативные биохимии могут использовать в качестве растворителя другие жидкости, отличные от воды. В частности, эту роль могут играть аммиак и метан, поскольку они состоят из элементов, столь же распространенных, как и те, что образуют воду. Миссия Cassini обнаружила озера жидкого метана и этана на спутнике Сатурна Титане, глубиной более 100 м (Мастроджузеппе и др., 2019). Преимущество воды как растворителя перед аммиаком и метаном заключается в том, что она продолжает оставаться жидкостью при более высокой температуре (что ускоряет химические процессы) и в более широком диапазоне температур (что расширяет ОЗ). Полярная природа воды является дополнительным преимуществом для жизни, так как она помогает придавать структуру биомолекулам, например, клеточным мембранам и 3D-структуре белков. Однако на планетах и спутниках, лишенных воды, жизнь может использовать альтернативные растворители, возможно, с меньшей эффективностью; дальнейшее обсуждение см. у Бэйнса и др. (2021). Включение этой возможности значительно увеличило бы количество обитаемых планет. Предполагая, что жизнь возникнет с высокой вероятностью, если условия подходят для её выживания, мы, основываясь на базовых физических и химических соображениях, приходим к выводу, что внеземная жизнь должна быть весьма распростанённой.

4. Узкие места для возникновения жизни на других планетах

Наша предыдущая оценка того, что в Галактике миллионы планет пригодны для жизни, не означает, что на многих планетах обитают растения и животные. Даже если они обитаемы, наиболее вероятной формой жизни являются микробы — простейшие формы жизни, которые доминируют в биомассе Земли. Многие места на Земле (такие как пустыни и горячие источники) поддерживают только определенные формы микробной жизни (так называемые экстремофилы), и даже в наших собственных телах бактерий (по количеству) больше, чем человеческих клеток (Мерино и др., 2019). Доминирование микробной жизни в прошлом было еще сильнее: самые старые следы жизни на Земле — это следы прокариот возрастом 3,4–3,9 миллиарда лет (Жаво, 2019), что составляет 90% истории Земли. Для сравнения, эукариотические клетки появились 2,1 миллиарда лет назад (50%), животные — 700 миллионов лет назад (15%), а Homo sapiens появился всего 100 000 лет назад, что составляет крошечные 1/45 000 или 0,002% истории Земли.

Количество «продвинутых» форм жизни в Галактике в настоящее время невозможно оценить из-за нехватки статистики. Если Земля является в этом каким-либо ориентиром, то доля планет с обитателями уровня человека составила бы вышеупомянутые 0,002% от числа обитаемых планет, равного одному миллиарду (§3). Результатом была бы оценка в ~22 000 планет, но с очень большой неопределенностью, поскольку развитие человека вполне могло быть причудой эволюции. Естественная история на Земле была сильно подвержена влиянию случайных событий, таких как падения метеоритов, приводящие к массовым вымираниям; Киппинг (2020) предпринял попытку описать эту статистику. Развитие жизни на Земле вскоре после ее формирования предполагает, что многие планеты в обитаемых зонах своих звёзд-хозяев могут быть обитаемы, по крайней мере, микробами, но любая оценка числа технологически развитых цивилизаций, способных к межзвездной связи или путешествиям, на данный момент является чистой спекуляцией.

Даже если в нашей Галактике существуют миллионы землеподобных планет, наблюдения показывают, что очень немногие (если вообще какие-либо) из них содержат технологически развитые формы жизни. Поиски радиосигналов от внеземной жизни ведутся уже более 50 лет без какого-либо положительного результата. Кроме того, нет научных доказательств того, что инопланетные цивилизации когда-либо посещали Землю, что может быть еще более строгим ограничением (Гримальди, 2017). Расхождение между количеством потенциально обитаемых планет и количеством наблюдаемых цивилизаций известно как парадокс Ферми и предполагает, что эволюция жизни так, как это произошло на Земле, редка (хотя трудно сказать, насколько именно редка). В этом разделе обсуждаются сценарии, призванные объяснить, почему такая эволюция может быть редкой.

Одним из узких мест для возникновения жизни является то, что некоторые планеты могут не иметь подходящих химических условий, даже если они находятся в обитаемой зоне своей звезды (Крейт и др., 2022). Отсутствие воды (или другого подходящего растворителя) на поверхности планеты и есть такой случай, о чем свидетельствуют сегодня примеры Венеры и Марса. Изотопный анализ минералов циркона показывает, что вода присутствовала на поверхности Земли в течение ~4 миллиардов лет (Генда, 2016), что дольше, чем возраст самых старых окаменелостей, но меньше, чем возраст Земли. Для зарождения жизни не требуется много воды: общие запасы воды на Земле эквивалентны примерно 30 объемам Мирового океана. При этом на поверхности находится лишь один такой объем (Песлье и др., 2017; Хиросе и др., 2021), и его масса составляет всего 0,023% от массы планеты — это гораздо меньше, чем, например, на Европе или Энцеладе. На этих телах воды может быть даже слишком много: на глубине более ~100 км высокое давление превращает воду в лед, что препятствует химическому взаимодействию с дном океана (Ноак и др., 2016). Другим случаем химической необитаемости было бы отсутствие в атмосфере CO₂ или CH₄, которые обеспечивают парниковый эффект, необходимый вокруг тусклых молодых звезд. Нехватка соединений азота, фосфора или серы также может препятствовать построению полностью функциональной биохимии.

Вторым узким местом для выживания и развития жизни является ее способность адаптироваться к изменяющимся условиям на планете-хозяине. Условия могут меняться как из-за сезонов и звездных циклов (таких как 11-летний цикл солнечных пятен), так и в более длительных масштабах времени (миллионы и миллиарды лет) из-за орбитальных изменений, вызванных гравитационным взаимодействием с другими планетами, или долгосрочной эволюцией звезды. Например, Солнце стало ярче на 30% за последние 4 миллиарда лет, то есть с момента зарождения жизни на Земле, что привело к смещению наружу на 20% зоны обитаемости (Мелло и Фриаса, 2023). Другими причинами изменения условий являются дрейф континентов и взаимодействие со спутниками, что в нашем случае привело к увеличению продолжительности суток с 20 до 24 часов. Чтобы справиться с такими изменениями, критически важно, чтобы организмы могли эволюционировать в масштабе времени, соответствующем эволюции планеты. Если давление отбора слишком низкое, жизнь не увидит необходимости эволюционировать и погибнет при изменении условий; это состояние известно как «узкое место Геи», Gaian bottleneck (Чопра и Лайнуивер, 2016).

Развитие жизни на других планетах также может быть ограничено вымираниями. В ископаемой летописи Земли (которая смещена в сторону животных, составляющих лишь незначительную часть жизни) видно минимум пять массовых вымираний, начиная с кембрийского периода 0,5 миллиарда лет назад. Большинство из них связаны с изменением климата, вызванным, например, падением метеоритов или усилением вулканической активности. Докембрийские вымирания также хорошо задокументированы, например, после снижения уровня CH4 и роста O2 в нашей атмосфере (Катлинг и Занле, 2020). Поскольку последнее было вызвано самой жизнью, этот эффект иногда называют гипотезой Медии (Medean hypothesis).

На Земле ключ к устойчивости жизни к вымираниям может лежать в развитии биоразнообразия. Вид А может процветать в текущих условиях, но вид Б может чувствовать себя лучше после изменения условий. Биоразнообразие естественным образом развивается на планетах с широким диапазоном условий (температура, влажность и т.д.). Сложные среды также будут способствовать развитию эукариотических и многоклеточных организмов, которые способны одновременно обрабатывать множество различных стимулов (Стивенсон и Лардж, 2019).

Хотя многоклеточные виды появлялись несколько раз, эволюция эукариот, похоже, произошла на Земле только один раз, что позволяет предположить, что это было трудным (а значит, маловероятным) эволюционным изобретением, которое может случаться на других планетах довольно редко. Повышенная информационная плотность сложных сред стимулирует развитие систем взаимосвязанных (сотрудничающих) видов, которые лучше способны переживать катастрофы, чем одиночные организмы (Адальски и др., 2020).

5. Поиски внеземной жизни

В этом разделе обсуждаются текущие и планируемые поиски жизни на других планетах. Существует несколько стратегий для таких поисков, но большинство из них имеют общую черту: они стремятся идентифицировать жизнь по относительно сложным физическим и/или химическим структурам, которые она производит; такие структуры находятся в неравновесном состоянии. В одних вариантах поиска используется содержание определенных элементов или изотопов, в других — специфические молекулы или их комбинации. Примером последнего является одновременное присутствие O2 и CH4, которые в абиотических условиях реагировали бы друг с другом. Их одновременное присутствие в атмосфере Земли вызвано их непрерывным производством, соответственно, цианобактериями (а также растениями и деревьями) и анаэробными метаногенными микробами (а также жвачными животными). Поиска только сложных органических молекул недостаточно: органические вещества с >10 атомами были найдены в межзвездных газовых облаках (Макгуайр, 2022), а аминокислоты были найдены как в метеоритах (таких как Алленде), так и в кометах (например, 67P), которые явно безжизненны (Альтвегг и др., 2019).

Другой подход включает поиски технологически развитых цивилизаций, включая поиски радиосигналов со специфическими паттернами, такими как проект Breakthrough Listen (Шейх и др., 2021), а также поиски признаков повышенного энергопотребления (Гарретт, 2015). Большинство поисков сосредоточены на жизни, какой мы ее знаем на Земле, поскольку в этом случае возможно сделать конкретные предсказания о том, как она выглядела бы на других планетах. Однако, понимая, что внеземная жизнь, вероятно, отличается от жизни на Земле, несколько групп стремятся разработать более общие биосигнатуры, такие как сложные паттерны в отраженном от экзопланет свете (Бартлетт и др., 2022). Другая идея заключается в использовании паттернов «хаб/спайк» (Уокер и др., 2020), которые распространены в биохимических и технологических сетях (Ким и др., 2019), хотя вопрос их наблюдаемости на экзопланетах остается открытым. В любом случае, осуществимость «агностических» биосигнатур сильно зависит от нашей способности напрямую обнаруживать свет, отраженный или излученный каменистыми экзопланетами, что может стать возможным через ~20 лет.

Для экзопланет часто рассматривают три типа биосигнатур (Швиртерман и др., 2018). Первый тип — это атмосферные газы, такие как O2, основным источником которого на Земле является фотосинтез H2O + CO2. O2 является побочным продуктом синтеза органического вещества и может быть обнаружен по его А-полосе — спектроскопической особенности в дальней красной части спектра. Эта длина волны доступна для наземных телескопов, и обнаружение O2 в атмосферах экзопланет является научной целью Европейского чрезвычайно большого телескопа (ELT), который начнет работу в 2027 году в Чили (Снеллен и др., 2013).

В других поисках используется O3, фотохимический побочный продукт O2, который имеет спектральную сигнатуру в среднем инфракрасном диапазоне и может быть обнаружен будущим Большим интерферометром для экзопланет (LIFE) (Куанц и др., 2022). Проблема с использованием O2 в качестве биосигнатуры заключается в том, что O2 имеет ещё и абиотический путь образования, а именно: фотодиссоциация H2O ультрафиолетовым звездным светом с последующим улетучиванием легких атомов H из атмосферы (Люгер и Барнс, 2015; Шефер и др., 2016). Более тяжелые атомы О остаются и реагируют с ОН с образованием O2, который поэтому не может считаться однозначной биосигнатурой. Более того, эта сигнатура не работала бы первые 2,5 миллиарда лет (50%) истории Земли, когда наша атмосфера не содержала значительного количества O2.

Второй тип предлагаемых биосигнатур экзопланет основан на свете, отраженном от поверхности. Наиболее известным примером является «красная граница растительности» (VRE) — увеличение отражательной способности поверхности в красной части спектра из-за пигментов хлорофилла в растениях. Эта особенность обычно используется в науке о наблюдении Земли для измерения уровня растительности в определенных районах и в определенные сезоны. Как и сигнатура O2, описанная выше, эта сигнатура сильно смещена в сторону сегодняшней биохимии Земли. Недавней вариацией на эту тему является использование циркулярно поляризованного света, который основан на гомохиральности (однонаправленности) хлорофилла и многих других земных биомолекул (Патти и др., 2021). Менее антропоцентричной поверхностной биосигнатурой является использование «блеска океана» — периодического увеличения планетарного альбедо в фазе серпа орбиты из-за зеркального отражения от больших объёмов жидкости (Люстиг-Йегер и др., 2018). Строго говоря, это явление не является биосигнатурой, а признаком пригодных для жизни условий.

Третий тип биосигнатур для экзопланет — это сезонные изменения в содержании атмосферных газов или отражении поверхности. Примером может служить «кривая Килинга» — периодическое изменение концентрации CO2 в атмосфере Земли на 6 частей на миллион (2%) из-за поглощения растениями весной и летом и разложения листьев осенью и зимой. Оговорка этого метода заключается в его зависимости от распределения суши на планете. Периодичность CO2 возникает из-за того, что большая часть суши на Земле находится в Северном полушарии. Для экзопланет отсутствие такой периодичности, таким образом, не означает отсутствие растений.

Поиски жизни в нашей Солнечной системе обычно сосредоточены на планете Марс, спутнике Юпитера Европе, а также спутниках Сатурна Энцеладе и Титане. Органические молекулы, найденные на поверхности Марса марсоходом NASA Curiosity, должны иметь недавнее происхождение, но численное моделирование показывает, что вероятным источником является их доставка астероидами и кометами (Францева и др., 2018). Curiosity также обнаружил сезонные колебания марсианского атмосферного CH4, которые предварительно приписывались активности подповерхностных микробов (Вебстер и др., 2018), но более поздние измерения сезонность не подтвердили.

Ледяные спутники Юпитера и Сатурна скрывают под своими ледяными корками соленые океаны, которые нагреваются приливными силами. Взаимодействие воды с каменистым морским дном может привести к условиям, пригодным для жизни, хотя фотосинтез был бы невозможен из-за нехватки солнечного света. Недавние наблюдения JWST показывают наличие CO2 в геологически молодой области Европы, который может происходить из океана (Вильянуэва и др., 2023). В случае с Энцеладом вода из подповерхностного океана извергается в виде шлейфов над поверхностью. Космический аппарат NASA/ESA Cassini обнаружил в этих шлейфах соли, H2 и органические вещества, что может быть свидетельством взаимодействия воды и горных пород на морском дне в условиях, подобных гидротермальным источникам на Земле (Уэйт и др., 2017; Постберг и др., 2018). Случай с Титаном интригует, потому что этот спутник содержит единственную поверхностную жидкость в Солнечной системе помимо Земли; атмосферное давление лишь на 50% выше, чем на Земле, но температуры намного ниже, а озера состоят из метана и этана вместо воды. Этот спутник, таким образом, представляет собой важный пример возможно обитаемых, но очень непохожих на Землю условий. Миссии к Европе (JUICE и Clipper) уже находятся в пути, а к Титану (Dragonfly) запланированы на 2028 год, и объявление ESA о том, что ее миссия L4 посетит Энцелад, — это отличная новость!

6. Выводы и перспективы на будущее

Поиск жизни за пределами Земли — это активная область исследований, и в последние годы были сделаны значительные шаги. Наблюдения экзопланет показали, что условия, подобные земным, весьма распространены в нашей Галактике, по крайней мере, в части таких базовых параметров, как масса и размер (а значит, и поверхностная гравитация) и температура (на основе размера орбиты и типа звезды). Не все эти планеты будут иметь водный резервуар подходящего размера, но, с другой стороны, некоторые экзолуны могут быть обитаемы, а также другие жидкости, кроме воды, могут поддерживать жизнь. Доля каменистых планет с атмосферой пока неизвестна, но телескопы для её выяснения планируются американским и европейским космическими агентствами (NAS2022; ESA 2021), так что эта доля может стать известна в течение ~20 лет. Предполагая, что жизнь возникает, если складываются подходящие условия, мы можем сказать, что микробная жизнь, вероятно, существует за пределами Солнечной системы, и её существование внутри нее нельзя исключать. Развитие жизни вскоре после формирования Земли подтверждает эту гипотезу, но мы не можем обобщать на основе единственного примера, поэтому запланированные космические телескопы так важны.

Даже если Галактика может кишеть жизнью, количество технологически развитых цивилизаций, по-видимому, невелико, основываясь на отсутствии радиосигналов и признаков посещений, хотя надёжной статистики по этому вопросу не хватает. Это расхождение предполагает, что развитие жизни от простых организмов до стабильных экосистем ограничено одним или несколькими барьерами. Возникновение жизни на потенциально обитаемых планетах может быть маловероятным, развитие достаточного биоразнообразия может быть ограничено слишком низким (или слишком высоким) давлением отбора, вероятность крупных эволюционных переходов (таких как появление эукариот) может быть слишком низкой, или скорость вымирания из-за катастрофических столкновений и других изменений климата может быть слишком высокой. Помимо лучшего понимания вероятности возникновения жизни в подходящих условиях, для прогресса в этой области необходимы более точные характеристики каменистых экзопланет, особенно с точки зрения их состава и температуры. Наблюдения за предлагаемыми биосигнатурами на экзопланетах помогут проверить их физическую и химическую основу и, таким образом, помогут разработать надежные однозначные биосигнатуры.

В 2020-х годах появится много новых объектов как в космосе, так и на Земле, которые внесут важный вклад в эту область. Запущенная в апреле 2023 года миссия ESA JUICE прибудет в 2031 году к системе юпитерианских спутников для исследования Европы, Ганимеда и Каллисто. В 2024 году за ней последует миссия NASA Clipper, нацеленная на Европу, а в 2028 году Dragonfly отправится к Титану и будет исследовать его условия с помощью технологий дронов. Запланированный к запуску в 2026 году телескоп PLATO будет наблюдать транзиты землеподобных планет вокруг солнцеподобных звезд и позволит провести их базовую характеристику с точки зрения температуры и средней плотности. В 2028 году за ним последует миссия ARIEL, которая будет наблюдать спектры транзитов экзопланет промежуточного размера, позволяя оценить состав их атмосфер. Тем временем ELT уже увидит «первый свет» в 2027 году и начнет поиски А-полосы O2 в атмосферах планет-гигантов и каменистых планет вокруг красных карликов. Прямая визуализация экзопланет станет возможной для более мелких и старых планет с помощью ELT с Земли и космического телескопа NASA Roman (запуск в 2027 году). В конце десятилетия космический аппарат ESA Comet Interceptor (2029 г.) посетит первозданную комету, которая никогда раньше не приближалась к Солнцу, и проинформирует нас о физических и химических условиях во время формирования Солнечной системы. В ближайшие два десятилетия Обсерватория обитаемых миров (HWO) NASA будет получать прямые изображения каменистых экзопланет в оптическом диапазоне, а Большой интерферометр для экзопланет (LIFE) сможет получать их спектры в среднем инфракрасном диапазоне. Эти миссии станут значительным шагом в определении характеристик каменистых экзопланет, а также в тестировании и разработке предлагаемых биосигнатур.

Хотя область астробиологии пользуется большим общественным интересом и ранее были достигнуты значительные успехи, следует проявлять осторожность, чтобы не делать поспешных или преувеличенных заявлений. Случаи с фосфином на Венере (Снеллен и др., 2020; Вильянуэва и др., 2021) или диметилсульфидом на K2-18b (Мадхусудхан и др., 2023) являются недавними примерами того, как общественность ввели в заблуждение, заставив думать, что инопланетная жизнь была почти открыта. Из-за необходимости опровергать эти заявления мы как научное сообщество рискуем потерять доверие и дать астробиологии дурную репутацию, как это произошло с поисками экзопланет в 1970-х годах. Вместо этого предлагаем сосредоточимся на солидной научной работе и будем рады росту количества и возможностей исследовательских установок для изучения происхождения и природы жизни во Вселенной.

Благодарности

Автор благодарит Матильду ван Дейк за действительно междисциплинарную помощь, а Сибрена Отто, Тима Лихтенберга и Вольфа Дитриха Гепперта за полезные комментарии к черновику этой главы.

Об авторе

Флорис ван дер Так — старший научный сотрудник Нидерландского института космических исследований (SRON) и почетный профессор астрохимии и обитаемости экзопланет в Университете Гронингена. Он является членом правления Нидерландского центра происхождения (Netherlands Origins Center) и научным координатором финансируемой ЕС междисциплинарной исследовательской программы oLife по изучению происхождения жизни на Земле и других планетах. По состоянию на 2023 год он опубликовал 240 статей в рецензируемых журналах и руководил 54 студентами и постдоками. До занятия текущей должности он учился и работал в Бонне (Германия), Лейдене (Нидерланды) и Беркли (США). Его исследования сосредоточены на формировании звезд из межзвездных газовых облаков и обитаемости экзопланет. Его студенты и постдоки используют радио- и инфракрасные телескопы на Гавайях, в Чили и в космосе.

Список сокращений

ARIEL — Большое инфракрасное исследование экзопланет методом дистанционного зондирования атмосферы (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey)

DNA — дезоксирибонуклеиновая кислота

ELT — Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope)

ESA — Европейское космическое агентство

HWO — Обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory)

HZ — ОЗ, обитаемая зона (Habitable Zone)

JUICE — Исследователь ледяных спутников Юпитера (Jupiter Icy Moons Explorer)

JWST — Космический телескоп Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope)

LIFE — Большой интерферометр для экзопланет (Large Interferometer For Exoplanets)

NASA — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства

PLATO — Планетные транзиты и колебания звезд (Planetary Transits and Oscillations of stars)

Ссылки на литературу:

  1. Abbot D.S., Voigt A., Branson M., Pierrehumbert R.T., Pollard D., Le Hir G., Koll D.D.B. (2012) Облака и дегляциация Земли-снежка [Clouds and Snowball Earth deglaciation]. Geophys. Res. Lett. 39(20):L20711. DOI: 10.1029/2012GL052861

  2. Adamski P., Eleveld M., Sood A., Kun A., Szilágyi A., Czárán T., Szathmáry E., Otto S. (2020) От самовоспроизведения к системам репликаторов на пути к жизни de novo [From self-replication to replicator systems en route to de novo life]. Nature Reviews Chemistry 4:386–403. DOI: 10.1038/s41570-020-0196-x

  3. Altwegg K., Balsiger H., Fuselier S.A. (2019) Химия комет и происхождение ледяных тел Солнечной системы: взгляд после миссии Rosetta [Cometary Chemistry and the Origin of Icy Solar System Bodies: The View After Rosetta]. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 57:113–155. DOI: 10.1146/annurev-astro-091918-104409

  4. Anglada-Escudé G. et al. (2016) Кандидат в планеты земной группы на умеренной орбите вокруг Проксимы Центавра [A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri]. Nature 536(7617):437–440. DOI: 10.1038/nature19106

  5. Bains W., Petkowski J.J., Zhan Z., Seager S. (2021) Оценка альтернатив воде как растворителей для жизни: пример серной кислоты [Evaluating Alternatives to Water as Solvents for Life: The Example of Sulfuric Acid]. Life 11(5):400. DOI: 10.3390/life11050400

  6. Bartlett S. et al. (2022) Оценка планетарной сложности и потенциальных агностических биосигнатур с помощью эпсилон-машин [Assessing planetary complexity and potential agnostic biosignatures using epsilon machines]. Nature Astronomy 6:387–392. DOI: 10.1038/s41550-021-01559-x

  7. Bell T.J. et al. (2023) Метан на протяжении всей атмосферы теплой экзопланеты WASP-80b [Methane throughout the atmosphere of the warm exoplanet WASP-80b]. Nature 623(7988):709–712. DOI: 10.1038/s41586-023-06687-0

  8. Broadley M.W., Bekaert D.V., Piani L., Füri E., Marty B. (2022) Происхождение летучих элементов, формирующих жизнь, во внутренней части Солнечной системы [Origin of life-forming volatile elements in the inner Solar System]. Nature 611(7935):245–255. DOI: 10.1038/s41586-022-05276-x

  9. Bruno G. (1584) О бесконечности, вселенной и мирах [De l’infinito universo et mondi].

  10. Buchhave L.A. et al. (2012) Изобилие малых экзопланет вокруг звезд с широким диапазоном металличности [An abundance of small exoplanets around stars with a wide range of metallicities]. Nature 486(7403):375–377. DOI: 10.1038/nature11121

  11. Catling D.C., Zahnle K.J. (2020) Архейская атмосфера [The Archean atmosphere]. Science Advances 6(9):eaax1420. DOI: 10.1126/sciadv.aax1420

  12. Charbonneau D., Brown T.M., Latham D.W., Mayor M. (2000) Обнаружение планетных транзитов через звезду солнечного типа [Detection of Planetary Transits Across a Sun-like Star]. ApJL 529(1):L45–L48. DOI: 10.1086/312457

  13. Chopra A., Lineweaver C.H. (2016) Аргументы в пользу гайанского узкого места: биология обитаемости [The Case for a Gaian Bottleneck: The Biology of Habitability]. Astrobiology 16(1):7–22. DOI: 10.1089/ast.2015.1387

  14. Cleaves H.J. et al. (2023) Надежная, агностическая молекулярная биосигнатура на основе машинного обучения [A robust, agnostic molecular biosignature based on machine learning]. Proceedings of the National Academy of Sciences 120(41):e2307149120. DOI: 10.1073/pnas.2307149120

  15. Cockell C.S. et al. (2016) Обитаемость: обзор [Habitability: A Review]. Astrobiology 16(1):89–117. DOI: 10.1089/ast.2015.1295

  16. Crossfield I.J.M. (2015) Наблюдения атмосфер экзопланет [Observations of Exoplanet Atmospheres]. PASP 127(956):941. DOI: 10.1086/683115

  17. Dayal P., Cockell C., Rice K., Mazumdar A. (2015) Поиск колыбелей жизни: использование фундаментального соотношения металличности для поиска наиболее обитаемого типа галактик [The Quest for Cradles of Life: Using the Fundamental Metallicity Relation to Hunt for the Most Habitable Type of Galaxy]. ApJL 810(1):L2. DOI: 10.1088/2041-8205/810/1/L2

  18. Deming D., Louie D., Sheets H. (2019) Как охарактеризовать атмосферу транзитной экзопланеты [How to Characterize the Atmosphere of a Transiting Exoplanet]. PASP 131(995):013001. DOI: 10.1088/1538-3873/aae5c5

  19. Dobos V., Haris A., Kamp I.E.E., van der Tak F.F.S. (2022) Целевой список для поиска обитаемых экзолун [A target list for searching for habitable exomoons]. MNRAS 513(4):5290–5298. DOI: 10.1093/mnras/stac1180

  20. ESA (2021) Отчет Voyage 2050 [Voyage 2050 report]. URL: https://www.cosmos.esa.int/web/voyage-2050

  21. Ferlet R., Hobbs L.M., Vidal-Madjar A. (1987) Околозвездный диск беты Живописца. V. Временные вариации линии Ca II-K [The beta Pictoris circumstellar disk. V. Time variations of the Ca II-K line]. A&A 185:267–270.

  22. Frantseva K., Mueller M., ten Kate I.L., van der Tak F.F.S., Greenstreet S. (2018) Доставка органики на Марс через удары астероидов и комет [Delivery of organics to Mars through asteroid and comet impacts]. Icarus 309:125–133. DOI: 10.1016/j.icarus.2018.03.006

  23. Gaia Collaboration (2023) Gaia Data Release 3. Звездная множественность, тизер скрытого сокровища [Gaia Data Release 3. Stellar multiplicity, a teaser for the hidden treasure]. A&A 674:A34. DOI: 10.1051/0004-6361/202243782

  24. Garrett M.A. (2015) Применение корреляции средний ИК-диапазон — радио к выборке G и поиск продвинутых внеземных цивилизаций [Application of the mid-IR radio correlation to the G sample and the search for advanced extraterrestrial civilisations]. A&A 581:L5. DOI: 10.1051/0004-6361/201526687

  25. Genda H. (2016) Происхождение земных океанов: оценка общего количества, истории и поступления воды [Origin of Earth’s oceans: An assessment of the total amount, history and supply of water]. Geochemical Journal 50(1):27–42. DOI: 10.2343/geochemj.2.0398

  26. Gillon M. et al. (2017) Семь умеренных планет земной группы вокруг близкой ультрахолодной карликовой звезды TRAPPIST-1 [Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1]. Nature 542(7642):456–460. DOI: 10.1038/nature21360

  27. Greaves J.S. et al. (1998) Пылевое кольцо вокруг эпсилон Эридана: аналог молодой Солнечной системы [A Dust Ring around eps Eridani: Analog to the Young Solar System]. ApJL 506(2):L133–L137. DOI: 10.1086/311652

  28. Greene T.P., Bell T.J., Ducrot E., Dyrek A., Lagage P.O., Fortney J.J. (2023) Тепловое излучение экзопланеты TRAPPIST-1 b размером с Землю с помощью JWST [Thermal emission from the Earth-sized exoplanet TRAPPIST-1 b using JWST]. Nature 618(7963):39–42. DOI: 10.1038/s41586-023-05951-7

  29. Grimaldi C. (2017) Подход покрытия сигналом к вероятности обнаружения гипотетических внеземных передатчиков в Млечном Пути [Signal coverage approach to the detection probability of hypothetical extraterrestrial emitters in the Milky Way]. Scientific Reports 7:46273. DOI: 10.1038/srep46273

  30. Herschel F. (1795) Философские труды Королевского общества [Philosophical Transactions of the Royal Society].

  31. Hirose K., Wood B., Vočadlo L. (2021) Легкие элементы в ядре Земли [Light elements in the earth’s core]. Nature Reviews Earth & Environment 2(9):645–658. DOI: 10.1038/s43017-021-00203-6

  32. Huygens C. (1698) Космотеорос, или Предположения о небесных землях и их убранстве [Kosmotheoros, sive De terris coelestibus earumque ornatu conjecturae].

  33. Javaux E.J. (2019) Проблемы обнаружения самых ранних следов жизни [Challenges in evidencing the earliest traces of life]. Nature 572(7770):451–460. DOI: 10.1038/s41586-019-1436-4

  34. Kalas P., Graham J.R., Clampin M. (2005) Планетная система как источник структуры в пылевом поясе Фомальгаута [A planetary system as the origin of structure in Fomalhaut’s dust belt]. Nature 435(7045):1067–1070. DOI: 10.1038/nature03601

  35. Kasting J.F., Whitmire D.P., Reynolds R.T. (1993) Обитаемые зоны вокруг звезд главной последовательности [Habitable Zones around Main Sequence Stars]. Icarus 101(1):108–128. DOI: 10.1006/icar.1993.1010

  36. Kenworthy M. et al. (2023) Послесвечение планетного столкновения и транзит результирующего облака обломков [A planetary collision afterglow and transit of the resultant debris cloud]. Nature 622(7982):251–254. DOI: 10.1038/s41586-023-06573-9

  37. Kenworthy M.A., Mamajek E.E. (2015) Моделирование гигантских внесолнечных кольцевых систем в затмении и случай J1407b: формирование экзолунами? [Modeling Giant Extrasolar Ring Systems in Eclipse and the Case of J1407b: Sculpting by Exomoons?]. ApJ 800(2):126. DOI: 10.1088/0004-637X/800/2/126

  38. Kim H., Smith H.B., Mathis C., Raymond J., Walker S.I. (2019) Универсальное масштабирование биохимических сетей на Земле [Universal scaling across biochemical networks on earth]. Science Advances 5(1):eaau0149. DOI: 10.1126/sciadv.aau0149

  39. Kipping D. (2020) Объективный байесовский анализ раннего старта жизни и нашего позднего прибытия [An objective Bayesian analysis of life’s early start and our late arrival]. Proceedings of the National Academy of Sciences 117(22):11995–12003. DOI: 10.1073/pnas.1921655117

  40. Kipping D. et al. (2022) Обзор экзолун 70 холодных гигантских экзопланет и новый кандидат Kepler-1708 b-i [An exomoon survey of 70 cool giant exoplanets and the new candidate Kepler-1708 b-i]. Nature Astronomy 6:367–380. DOI: 10.1038/s41550-021-01539-1

  41. Kite E.S., Barnett M.N. (2020) Потеря и восстановление вторичной атмосферы экзопланет [Exoplanet secondary atmosphere loss and revival]. Proceedings of the National Academy of Sciences 117:18264–18271. DOI: 10.1073/pnas.2006177117

  42. Kopparapu R.K. et al. (2013) Обитаемые зоны вокруг звезд главной последовательности: новые оценки [Habitable Zones around Main-sequence Stars: New Estimates]. ApJ 765(2):131. DOI: 10.1088/0004-637X/765/2/131

  43. Krijt S. et al. (2022) Химическая обитаемость: поступление и удержание жизненно важных элементов в процессе формирования планет [Chemical Habitability: Supply and Retention of Life’s Essential Elements During Planet Formation]. arXiv e-prints arXiv:2203.10056. DOI: 10.48550/arXiv.2203.10056

  44. Lineweaver C.H., Fenner Y., Gibson B.K. (2004) Галактическая обитаемая зона и распределение сложной жизни по возрасту в Млечном Пути [The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way]. Science 303(5654):59–62. DOI: 10.1126/science.1092322

  45. Lodders K. (2003) Распространенность элементов в Солнечной системе и температуры их конденсации [Solar System Abundances and Condensation Temperatures of the Elements]. ApJ 591(2):1220–1247. DOI: 10.1086/375492

  46. Luger R., Barnes R. (2015) Экстремальная потеря воды и абиотическое накопление O2 на планетах в обитаемых зонах красных карликов [Extreme Water Loss and Abiotic O2 Buildup on Planets Throughout the Habitable Zones of M Dwarfs]. Astrobiology 15(2):119–143. DOI: 10.1089/ast.2014.1231

  47. Lustig-Yaeger J. et al. (2018) Обнаружение бликов океана на экзопланетах с помощью многофазного картирования [Detecting Ocean Glint on Exoplanets Using Multiphase Mapping]. AJ 156(6):301. DOI: 10.3847/1538-3881/aaed3a

  48. Madhusudhan N. (2019) Атмосферы экзопланет: ключевые открытия, проблемы и перспективы [Exoplanetary Atmospheres: Key Insights, Challenges, and Prospects]. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 57:617–663. DOI: 10.1146/annurev-astro-081817-051846

  49. Madhusudhan N. et al. (2023) Углеродсодержащие молекулы в возможной гиценовой атмосфере [Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere]. ApJL 956(1):L13. DOI: 10.3847/2041-8213/acf577

  50. Marois C. et al. (2008) Прямое изображение нескольких планет, вращающихся вокруг звезды HR 8799 [Direct Imaging of Multiple Planets Orbiting the Star HR 8799]. Science 322(5906):1348. DOI: 10.1126/science.1166585

  51. Mastrogiuseppe M. et al. (2019) Глубокие и богатые метаном озера на Титане [Deep and methane-rich lakes on Titan]. Nature Astronomy 3:535–542. DOI: 10.1038/s41550-019-0714-2

  52. Mayor M., Queloz D. (1995) Компаньон массой с Юпитер у звезды солнечного типа [A Jupiter-mass companion to a solar-type star]. Nature 378(6555):355–359. DOI: 10.1038/378355a0

  53. McDonough W.F., Arevalo J.R. (2008) Неопределенности в составе Земли, ее ядра и силикатной сферы [Uncertainties in the composition of Earth, its core and silicate sphere]. Journal of Physics Conference Series 136:022006. DOI: 10.1088/1742-6596/136/2/022006

  54. McGuire B.A. (2022) Перепись межзвездных, околозвездных, внегалактических, протопланетных дисковых и экзопланетных молекул за 2021 год [2021 Census of Interstellar, Circumstellar, Extragalactic, Protoplanetary Disk, and Exoplanetary Molecules]. ApJS 259(2):30. DOI: 10.3847/1538-4365/ac2a48

  55. Meadows V.S., Barnes R.K. (2018) Факторы, влияющие на обитаемость экзопланет [Factors Affecting Exoplanet Habitability]. In: Deeg H.J., Belmonte J.A. (eds) Handbook of Exoplanets, p. 57. DOI: 10.1007/978-3-319-55333-7_57

  56. Mello F.dS., Friaca A.C.S. (2023) Планетарная геодинамика и возрастные ограничения околозвездных обитаемых зон вокруг звезд главной последовательности [Planetary geodynamics and age constraints on circumstellar habitable zones around main sequence stars]. International Journal of Astrobiology 22(4):272–316. DOI: 10.1017/S1473550423000083

  57. Merino N. et al. (2019) Жизнь на пределе: экстремофилы и пределы жизни в планетарном контексте [Living at the extremes: Extremophiles and the limits of life in a planetary context]. Frontiers in Microbiology 10:780. DOI: 10.3389/fmicb.2019.00780

  58. Millero F.J., Feistel R., Wright D.G., McDougall T.J. (2008) Состав стандартной морской воды и определение шкалы солености эталонного состава [The composition of Standard Seawater and the definition of the Reference-Composition Salinity Scale]. Deep Sea Research Part I 55(1):50–72. DOI: 10.1016/j.dsr.2007.10.001

  59. NAS (2022) Пути открытий в астрономии и астрофизике на 2020-е годы [Pathways to discovery in astronomy and astrophysics for the 2020s]. URL: https://science.nasa.gov/astrophysics/resources/decadal-survey/2020-decadal-survey/

  60. NASA (2023) Архив экзопланет [Exoplanet archive]. URL: https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/

  61. Newton I. (1713) Общее схолиум, приложение ко 2-му изданию «Математических начал натуральной философии» [Scholium Generale, an Appendix to the 2nd edition of Philosophiae Naturalis Principia Mathematica].

  62. Noack L. et al. (2016) Планеты, богатые водой: насколько обитаем слой воды глубже, чем на Земле? [Water-rich planets: How habitable is a water layer deeper than on Earth?]. Icarus 277:215–236. DOI: 10.1016/j.icarus.2016.05.009

  63. Oosterloo M., Höning D., Kamp I.E.E., van der Tak F.F.S. (2021) Роль недр планеты в долгосрочной эволюции атмосферного CO2 на землеподобных экзопланетах [The role of planetary interior in the long-term evolution of atmospheric CO2 on Earth-like exoplanets]. A&A 649:A15. DOI: 10.1051/0004-6361/202039664

  64. Patty C.H.L. et al. (2021) Биосигнатуры Земли. I. Бортовая спектрополяриметрическая детекция фотосинтезирующей жизни [Biosignatures of the Earth. I. Airborne spectropolarimetric detection of photosynthetic life]. A&A 651:A68. DOI: 10.1051/0004-6361/202140845

  65. Pearson S.G., McCaughrean M.J. (2023) Двойные объекты с массой Юпитера в скоплении Трапеция [Jupiter Mass Binary Objects in the Trapezium Cluster]. arXiv e-prints arXiv:2310.01231. DOI: 10.48550/arXiv.2310.01231

  66. Perryman M. (2018) Справочник по экзопланетам [The Exoplanet Handbook]. Cambridge University Press.

  67. Peslier A.H. et al. (2017) Вода в недрах Земли: распределение и происхождение [Water in the Earth’s Interior: Distribution and Origin]. Space Science Reviews 212(1-2):743–810. DOI: 10.1007/s11214-017-0387-z

  68. Petkowski J.J., Bains W., Seager S. (2020) О потенциале кремния как строительного блока для жизни [On the Potential of Silicon as a Building Block for Life]. Life 10(6):84. DOI: 10.3390/life10060084

  69. Postberg F. et al. (2018) Макромолекулярные органические соединения из глубин Энцелада [Macromolecular organic compounds from the depths of Enceladus]. Nature 558(7711):564–568. DOI: 10.1038/s41586-018-0246-4

  70. Quanz S.P. et al. (LIFE Collaboration) (2022) Большой интерферометр для экзопланет (LIFE). I. Улучшенные оценки выхода обнаружения экзопланет для крупной миссии космического интерферометра среднего ИК-диапазона [Large Interferometer For Exoplanets (LIFE). I. Improved exoplanet detection yield estimates for a large mid-infrared space-interferometer mission]. A&A 664:A21. DOI: 10.1051/0004-6361/202140366

  71. Rudnick R.L., Gao S. (2003) Состав континентальной коры [Composition of the Continental Crust]. Treatise on Geochemistry 3:659. DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/03016-4

  72. Schaefer L., Wordsworth R.D., Berta-Thompson Z., Sasselov D. (2016) Предсказания состава атмосферы GJ 1132b [Predictions of the Atmospheric Composition of GJ 1132b]. ApJ 829(2):63. DOI: 10.3847/0004-637X/829/2/63

  73. Schwieterman E.W. et al. (2018) Биосигнатуры экзопланет: обзор удаленно обнаруживаемых признаков жизни [Exoplanet Biosignatures: A Review of Remotely Detectable Signs of Life]. Astrobiology 18(6):663–708. DOI: 10.1089/ast.2017.1729

  74. Sheikh S.Z. et al. (2021) Анализ сигнала Breakthrough Listen blc1 с помощью структуры верификации техносигнатур [Analysis of the Breakthrough Listen signal of interest blc1 with a technosignature verification framework]. Nature Astronomy 5:1153–1162. DOI: 10.1038/s41550-021-01508-8

  75. Snellen I.A.G., de Kok R.J., le Poole R., Brogi M., Birkby J. (2013) Поиск внеземной жизни с помощью наземной спектроскопии высокого разрешения [Finding Extraterrestrial Life Using Ground-based High-dispersion Spectroscopy]. ApJ 764(2):182. DOI: 10.1088/0004-637X/764/2/182

  76. Snellen I.A.G., Guzman-Ramirez L., Hogerheijde M.R., Hygate A.P.S., van der Tak F.F.S. (2020) Повторный анализ наблюдений Венеры на ALMA при 267 ГГц. Отсутствие статистически значимого обнаружения фосфина [Re-analysis of the 267 GHz ALMA observations of Venus. No statistically significant detection of phosphine]. A&A 644:L2. DOI: 10.1051/0004-6361/202039717

  77. Stevenson D.S., Large S. (2019) Эволюционная экзобиология: к качественной оценке биологического потенциала на экзопланетах [Evolutionary exobiology: towards the qualitative assessment of biological potential on exoplanets]. International Journal of Astrobiology 18(3):204–208. DOI: 10.1017/S1473550417000349

  78. Strøm P.A. et al. (2020) Экзокометы с точки зрения Солнечной системы [Exocomets from a Solar System Perspective]. PASP 132(1016):101001. DOI: 10.1088/1538-3873/aba6a0

  79. Suer T.A., Jackson C., Grewal D.S., Dalou C., Lichtenberg T. (2023) Распределение летучих элементов в процессе формирования каменистых планет [The distribution of volatile elements during rocky planet formation]. Frontiers in Earth Science 11:1159412. DOI: 10.3389/feart.2023.1159412

  80. Tsai S.M. et al. (2023) Фотохимически произведенный SO2 в атмосфере WASP-39b [Photochemically produced SO2 in the atmosphere of WASP-39b]. Nature 617(7961):483–487. DOI: 10.1038/s41586-023-05902-2

  81. Villanueva G.L. et al. (2021) Отсутствие свидетельств наличия фосфина в атмосфере Венеры по результатам независимых анализов [No evidence of phosphine in the atmosphere of Venus from independent analyses]. Nature Astronomy 5:631–635. DOI: 10.1038/s41550-021-01422-z

  82. Villanueva G.L. et al. (2023) Эндогенная смесь льда CO2 на поверхности Европы и отсутствие признаков активности шлейфов [Endogenous CO2 ice mixture on the surface of Europa and no detection of plume activity]. Science 381(6664):1305–1308. DOI: 10.1126/science.adg4270

  83. Wade J., Byrne D.J., Ballentine C.J., Drakesmith H. (2021) Временная вариация планетарного железа как движущая сила эволюции [Temporal variation of planetary iron as a driver of evolution]. Proceedings of the National Academy of Sciences 118(51):e2109865118. DOI: 10.1073/pnas.2109865118

  84. Waite J.H. et al. (2017) Кассини обнаруживает молекулярный водород в шлейфе Энцелада: свидетельство гидротермальных процессов [Cassini finds molecular hydrogen in the Enceladus plume: Evidence for hydrothermal processes]. Science 356(6334):155–159. DOI: 10.1126/science.aai8703

  85. Walker S.I. et al. (2020) Вероятностные рамки для обнаружения жизни [Probabilistic Frameworks for Life Detection]. In: Meadows V.S. et al. (eds) Planetary Astrobiology, p. 477. DOI: 10.2458/azu-uapress-9780816540068

  86. Webster C.R. et al. (2018) Фоновые уровни метана в атмосфере Марса демонстрируют сильные сезонные колебания [Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations]. Science 360(6393):1093–1096. DOI: 10.1126/science.aaq0131

  87. Zieba S., Zwintz K., Kenworthy M.A., Kennedy G.M. (2019) Транзитные экзокометы, обнаруженные в широкополосном свете с помощью TESS в системе беты Живописца [Transiting exocomets detected in broadband light by TESS in the beta Pictoris system]. A&A 625:L13. DOI: 10.1051/0004-6361/201935552

  88. Zieba S. et al. (2023) Отсутствие плотной углекислотной атмосферы на каменистой экзопланете TRAPPIST-1 c [No thick carbon dioxide atmosphere on the rocky exoplanet TRAPPIST-1 c]. Nature 620(7975):746–749. DOI: 10.1038/s41586-023-06232-z

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

0%В ближайшее время в Солнечной системе (Марс, Луна или спутники Юпитера)0

0%В ближайшие десятилетия в Солнечной системе0

0%В ближайшие десятилетия на экзопланетах0

0%В ближайшие десятилетия путем поиска сигналов0

0%В ближайшие десятилетия путем нахождения следов пришельцев на Земле, Марсе или Луне0

0%В ближайшие десятилетия путем прямого контакта с пришельцами0

0%В ближайшие десятилетия путем выявления пришельцев на Земле0

0%В ближайшие десятилетия не будет найдено однозначных свидетельств внеземной жизни0

View the original on Хабр →

KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.