Астробиология – это область науки, занимающаяся изучением жизни во Вселенной и пытающаяся разгадать тайну возникновения жизни на Земле. Задачи астробиологии включают в себя поиск жизни за пределами Земли, изучение сред, которые могут поддерживать жизнь, а также исследование взаимодействия между планетами и их звёздами и изучение того, как это может повлиять на жизнь.
Таким образом, астробиология это наука, которая в значительной степени является междисциплинарным предметом, охватывающим широкий спектр научных областей, таких как, помимо прочего: биология, астрономия, химия, геология, наука об атмосфере, океанография и даже авиационная техника.
Относительно молодая научная область астробиология уже оказала большое влияние на то, как космические агентства, такие как НАСА и Европейское космическое агентство (ЕКА), проводят и планируют свои внеземные миссии.
Чем занимается астробиолог?
Человечеству уже давно известно, что звёзды в ночном небе над Землёй – это тела, подобные Солнцу, и, следовательно, вероятно, обладающие собственными планетами. Естественно мы размышляли о возможности того, что на этих мирах также есть жизнь. Наконец, исследователи нашли методы, которые позволили учёным начать поиск признаков жизни вне Земли.
Астробиологи изучают возможность жизни за пределами Земли, они могут быть экспертами в области биологии, но также могут быть квалифицироваными специалистами во множестве других научных областей, таких как астрономия и химия.
По данным Вашингтонского университета, некоторые из вопросов, которые астробиологи рассматривают при поиске жизни в других частях Вселенной, включают:
- Какая среда необходима живым организмам для выживания?
- Каковы пределы этих сред и в каких “крайностях” может существовать жизнь?
- Какую форму примет жизнь в другом мире?
- Будут ли другие характеристики чужого мира заставлять жизнь следовать радикально другому эволюционному пути?
- Какие подсказки указывают на то, что мир пригоден для жизни?
- Какие признаки могли бы искать астрономы, указывающие на то, что планета или спутник в настоящее время населены жизнью или были населены в какой-то момент своей истории?
Эти вопросы относятся как к планетам и спутникам в нашей собственной Солнечной системе, так и к мирам, вращающимся вокруг других звёзд, которые называются “внесолнечными планетами” или “экзопланетами”. Астробиологи могут искать не жизнь, а места, где она могла бы существовать.
Другие астробиологи, такие как сотрудники института SETI (поиск внеземного разума), занимаются поиском радиосигналов, которые могут указывать на существование жизни где-то ещё во Вселенной.
Конечно, на сегодняшний день известна только одна планета, на которой, как мы точно знаем, есть жизнь, и это наша собственная. Таким образом, работа астробиологов включает также исследования того, как жизнь возникла на Земле и как она развивалась.
Астробиологи могут изучать простейшие формы жизни на Земле или те, которые живут в экстремальных условиях, таких как сверхнизкие температуры или высокое давление. Это позволяет им задаться вопросом, смогут ли такие организмы выжить в космосе или в экстремальных условиях чужого мира.
Экзобиология и рання астробиология
Возможно, одним из основополагающих экспериментов в астробиологии был ныне печально известный “Эксперимент Миллера и Юри” 1953 года. Учёные из Чикагского университета Стэнли Миллер и Гарольд Юри смоделировали условия на первобытной Земле и показали, что химические соединения, которые считаются основными строительными блоками жизни, естественным образом могут возникнуть в результате простых химических процессов. Их эксперимент показал, что с помощью воды, аммиака, водорода и метана, а также электрической искры, имитирующей молнию, можно сформировать несколько белковых соединений (необходимых для зарождения жизни), включая аминокислоты.
НАСА выполнило свою первую астробиологическую миссию в 1959 году, первоначально назвав область исследований “экзобиологией”, разработав инструмент для исследования внеземной среды в поисках признаков микробной жизни. Это привело к созданию программы НАСА в области наук о жизни, которая стала обязанностью Исследовательского центра Эймса (ARC), где экзобиология в конечном итоге расширила свои горизонты и стала областью астробиологии в том виде, в каком она существует сегодня.
“Текущая астробиологическая программа НАСА отвечает на три фундаментальных вопроса: как зарождается и развивается жизнь? Есть ли жизнь за пределами Земли, и если да, то как мы можем её обнаружить? Каково будущее жизни на Земле и во Вселенной?”, – сказал бывший директор Исследовательского центра Эймса НАСА, Дж. Скотт Хаббард ещё в 2008 году.
Хаббард объяснил, что поиск жизни где-то ещё во Вселенной настолько переплетён с тем, что значит быть человеком, что астробиология, выходит за рамки науки.
“Политика, наука, личности и интуиция – всё это способствовало созданию и успеху того, что сейчас называется астробиологией как областью исследований”, – писал он.
Среди множества астробиологических миссий и проектов, которые космическое агентство начало и поддержало в середине 1970-х годов, стоит отметить миссию “Викинг” на Марсе.
Состоящая из двух посадочных модулей и трёх биологических экспериментов, предназначенных для поиска вероятных признаков жизни, миссия “Викинг”, возможно, и не нашла явных доказательств наличия там жизни, но программа положила начало тому, что, возможно, станет самым выдающимся исследованием жизни в других частях Солнечной системы: поиску следов жизни на Марсе.
Задачи астробиологии в Солнечной системе и за её пределами
С тех пор, как “Викинг” стал первой миссией, успешно достигшей поверхности Марса, было проведено множество исследований как на поверхности Красной планеты, так и на её орбите, которые предоставили астробиологам важную информацию. Эти миссии включают в себя уже вышедшие на пенсию марсоходы Sojourner, Spirit, Opportunity и Curiosity, а также действующий в настоящее время марсоход Perseverance, который начал свою научную деятельность в 2021 году.
Марсоход Perseverance, входящий в состав миссии НАСА “Марс 2020”, в настоящее время предоставляет важные данные, относящиеся к астробиологическим исследованиям, находясь в кратере Джезеро на Красной планете.
Предполагается, что этот кратер шириной 45 километров был заполнен водой около 3,5 миллиардов лет назад. Поскольку вода считается ключевым элементом жизни, Perseverance ищет биосигнатуры, указывающие на то, что жизнь когда-то существовала в этом регионе Марса. Ровер недавно начал сбрасывать пробирки с образцами на поверхность Красной планеты, которые в ближайшем будущем будут подобраны совместной миссией НАСА и ЕКА по возврату образцов с Марса.
Перед началом этой миссии марсоходы Perseverance и Curiosity провели химический анализ марсианской породы на месте, чтобы предоставить информацию астробиологам.
Однако есть ещё один способ, с помощью которого астробиологи могут получить материал с Марса, не дожидаясь миссии по возврату образцов. Метеориты с Красной планеты часто оседают на поверхности нашей планеты, и учёные обнаруживают множество органических соединений в этих породах, запущенных в космос в результате жестоких событий на Марсе.
Хотя эти органические соединения, состоящие из углерода, азота, кислорода и некоторых других элементов, связаны с биологическими процессами, они не являются прямым свидетельством жизни, поскольку они также могут быть созданы небиологическими или “абиотическими” процессами.
Кроме Марса астробиологов в Солнечной системе интересуют спутники Юпитера, которые в настоящее время тщательно изучаются космическим зондом “Юнона”. Среди четырёх крупнейших спутников Юпитера, называемых галилеевыми спутниками, потому что они были открыты Галилео Галилеем в 1600-х годах, Европа является одним из самых многообещающих мест для обнаружения жизни в других частях Солнечной системы.
Космический аппарат Europa Clipper вскоре посетит Европу, чтобы выяснить, могут ли на ледяном спутнике Юпитера существовать условия, подходящие для жизни. В частности, астробиологи хотят знать, скрывает ли ледяная оболочка Европы подземные озера, подобные тем, что находятся под ледяным щитом Антарктиды.
Europa Clipper должен быть запущен в конце 2024 года и прибудет к Юпитеру через 5 лет, после чего он совершит 45 облётов огромного спутника Юпитера, чтобы использовать свой набор из 9 научных инструментов для определения глубины и солёности океана Европы.
Кроме того, космический аппарат также будет искать молекулы в атмосфере спутника Юпитера, осевшие там в результате извержений гейзеров. Астробиологам будет особенно интересно обнаружить присутствие сложных органических молекул, которые могут указывать на то, что на Европе происходят процессы, связанные с существованием там простых форм жизни.
Спутники газового гиганта Сатурна также представляют большой интерес для астробиологов. В 2022 году астробиологи при поддержке НАСА использовали геохимические модели и данные миссии “Кассини”, чтобы обнаружить, что подземные воды Энцелада могут быть богаты растворённым фосфором. Поскольку этот элемент необходим для жизни, это говорит о том, что океаны Энцелада могут быть обитаемыми.
Астробиология и экзопланеты
За пределами Солнечной системы астробиологи начинают изучать атмосферы так называемых “внесолнечных планет” или “экзопланет”, чтобы определить виды элементов и химических соединений, которые они содержат в своих атмосферах.
Исследование экзопланет – относительно новая наука, но она развивается с ошеломляющей скоростью. Об этом свидетельствует тот факт, что первая экзопланета вокруг солнцеподобной звезды была обнаружена в 1995 году командой Мишеля Майора и Дидье Кело, и всего за 17 лет “каталог экзопланет” вырос до более чем 5000 подтверждённых миров.
В декабре 2021 года был запущен космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), самый мощный телескоп, когда-либо созданный человечеством, который быстро начал революционизировать астрономию и космическую науку.
НАСА говорит, что влияние JWST на астробиологию связано с его способностью наблюдать за формированием звёзд от их первых стадий до появления планетных систем, что позволяет астробиологам наблюдать за тем, какие элементы присутствуют при формировании планет. JWST также способен измерять физические и химические свойства планетных систем и, таким образом, позволяет астробиологам исследовать потенциал жизни в этих системах.
Первые результаты JWST включали подробное исследование атмосферы экзопланеты, газового гиганта WASP-96 b, которая, как было показано, обладает отчётливыми признаками присутствия там воды. Затем космический телескоп исследовал атмосферу сатурноподобной экзопланеты WASP-39b, вернув, по словам НАСА, “первый молекулярный и химический профиль неба далёкого мира”.
Хотя ни одна из этих планет не способна принять жизнь, результаты подготовили почву для исследований телескопом JWST атмосфер каменистых миров, подобных Земле. JWST обнаружил свой первый мир, вращающийся вокруг другой звезды в январе 2023 года.
Изучение экзопланет и их атмосфер и, следовательно, астробиология получили ещё один значительный импульс в начале 2023 года, когда НАСА обнародовало цели будущего телескопа, который придёт на смену JWST. Основная задача этого телескопа, Обсерватории обитаемых миров (HWO), будет заключаться в поиске признаков жизни в мирах, подобных Земле.
Новый космический телескоп сможет решить все задачи астробиологии. Он должен быть введён в эксплуатацию уже в 2040-х годах и будет построен с возможностью последующего роботизированного обслуживания и модернизации, а это означает, что он не только сможет работать десятилетиями, но и его наблюдательная способность может улучшаться со временем.
HWO должен быть способен обнаруживать признаки жизни на 25 близлежащих мирах, похожих на Землю, что является статистическим минимумом, который необходим астробиологам и другим учёным для определения того насколько распространена жизнь в Млечном Пути.
