Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда

Химический анализ атмосфер планет – бурно развивающаяся отрасль современной астрофизики. Легко догадаться, что космохимия опирается на спектроскопию, анализ света при помощи спектрометра. Благодаря инструментам и методам спектроскопистов, космохимики могут сделать вывод о существовании жизни на экзопланете независимо от того, разумна ли эта жизнь и располагает ли она технологиями. Эта наука так действенна, поскольку любой элемент, любая молекула, где бы она ни находилась во Вселенной, по-своему поглощает, испускает, отражает и рассеивает свет. Как мы уже знаем, стоит пропустить этот свет через спектрометр, и обнаружатся характерные черты, которые по праву можно назвать химическими отпечатками пальцев. Самые наглядные отпечатки оставляют химические вещества, которые сильнее всего возбуждаются от давления и температуры среды. В атмосферах планет очень много таких веществ. А если на планете богатая флора и фауна, ее атмосфера насыщена биомаркерами – спектральными свидетельствами жизни. Скрыть эти свидетельства очень трудно, каково бы ни было их происхождение – биогенное (вызванное отдельными видами или всеми живыми существами), антропогенное (вызванное широко распространенным видом Homo sapiens) или техногенное (вызванное исключительно технологией).

Любопытные инопланетяне должны создать спектрометр, чтобы прочитать наши отпечатки пальцев, если, конечно, у них от природы нет спектроскопических сенсоров. Но главное – Земля должна пройти перед Солнцем (или каким-то другим источником), чтобы его свет пронизал нашу атмосферу и дошел до инопланетян. Тогда химические соединения в земной атмосфере провзаимодействуют с этим светом и оставят в его спектре бросающиеся в глаза черты.

Некоторые молекулы – аммиак, вода, углекислый газ – очень распространены во Вселенной и не связаны с наличием жизни. Однако есть и молекулы, которых становится очень много именно в присутствии живых организмов. На Земле существует яркий биомаркер – молекула метана, две трети которого производятся как побочный эффект какой-то деятельности человека: метан вырабатывается при нефтепереработке, выращивании риса, гниении сточных вод, а также в отрыжке и кишечных газах домашнего скота. Оставшуюся треть дают природные источники, в том числе гниющая болотная растительность и газы, вырабатываемые термитами. Однако в тех местах, где мало свободного кислорода, для образования метана не всегда требуется жизнь. Как раз сейчас астробиологии ведут жаркий спор о том, каково происхождение следов метана на Марсе и обильных запасов этого вещества на спутнике Сатурна Титане, где, надо полагать, нет ни коров, ни термитов.

Если инопланетяне посмотрят на наше ночное полушарие, обращенное в противоположную сторону от звезды, вокруг которой мы вращаемся, то они, вероятно, обнаружат, что на нашей планете много натрия, поскольку мы широко используем натриевые лампы для уличного освещения, которое включается на закате в городах и пригородах. Однако самым ярким показателем наличия жизни, скорее всего, служит все-таки свободный кислород, составляющий пятую часть нашей атмосферы.

Как раз сейчас астробиологии ведут жаркий спор о том, каково происхождение следов метана на Марсе и обильных запасов этого вещества на спутнике Сатурна Титане, где, надо полагать, нет ни коров, ни термитов.

Кислород – третий по распространенности после водорода и гелия элемент в космосе – химически активен и легко создает связи с атомами водорода, углерода, азота, кремния, серы, железа и так далее. И даже с самим собой. Таким образом, чтобы кислород существовал в стабильном состоянии, должно быть что-то, что высвобождает его с той же скоростью, с какой он расходуется. Здесь, на земле, его высвобождают живые организмы. Фотосинтез, которым занимаются растения и многие бактерии, создает свободный кислород в океанах и в атмосфере. Свободный кислород, в свою очередь, обеспечивает существование жизни с кислородным обменом веществ – а это и мы с вами, и практически все существа из царства животных.

Мы, земляне, уже знаем, какую важную роль играют особенности химического состава нашей планеты и ее атмосферы. Однако инопланетяне, которые заметят нас издалека, должны будут еще истолковать свои находки и проверить гипотезы. Действительно ли периодическое появление натрия носит техногенный характер? Свободный кислород определенно имеет биогенную природу. А метан? Он тоже химически нестабилен и, конечно, отчасти вырабатывается из-за антропогенных факторов, однако, как мы уже видели, иногда появляется и в отсутствие живых организмов.