Учёные: Большую часть времени внеземные цивилизации не могли нас обнаружить

Многие миллиарды лет жизнь на Земле была хорошо замаскирована от внешних наблюдателей, и мы, в свою очередь, могли случайно не заметить жизнь на других планетах по похожим причинам: она пока слишком простая.

Исследователи из США рассмотрели вопрос о том, в какой момент истории Земли гипотетический инопланетный наблюдатель мог бы обнаружить на ней жизнь. По их расчётам, почти 90 процентов истории планеты она должна была выглядеть необитаемой для внешних наблюдателей. Соответствующая статья направлена на публикацию в Astrobiology, а с её текстом можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Учёные задались вопросом, как изменялось соотношение кислорода, озона и метана в атмосфере на протяжении всей истории планеты. Эти газы часто называют биомаркерами, потому что сейчас на Земле они образуются биогенно, то есть в результате деятельности живых организмов. По мнению данной группы исследователей, в прошлом Земли они также вырабатывались биогенно. Оказалось, что соотношение кислорода, озона и метана в атмосфере Земли менялось по весьма сложным закономерностям, трудно выявляемым внешним астрономическим наблюдением. В частности, производство кислорода земной жизнью началось за сотни миллионов лет до появления свободного кислорода в атмосфере. Очень долгое время весь он уходил на окисление мёртвой органики, оставленной прошлыми поколениями бактерий, ещё не производившими кислорода.

Содержание метана в атмосфере резко изменялось на протяжении всей истории планеты. До появления больших количеств кислорода могло не быть озонового слоя, который защищает метан от ультрафиолета. Поэтому время жизни молекул этого газа в ту пору было очень мало. После появления кислорода оно выросло, как и концентрация метана. Однако стоило содержанию кислорода достигнуть нескольких процентов — и концентрация метана вновь упала. Кислород и водяной пар способствовали образованию •OH — гидроксильных радикалов, быстро уничтожающих молекулы метана. Как отмечают авторы, со стороны, без посадки на планету или получения крайне точных её спектров, трудно понять, в какой именно из вышеописанных фаз находится местная атмосфера.

Авторы приходят к выводу, что до 2,5 миллиарда лет назад обнаружение биогенного кислорода и озона в газовой оболочке Земли со стороны было исключено, а 2,5–0,5 миллиарда лет назад — очень затруднено. Несмотря на появление кислорода, его концентрация всё ещё оставалась низкой: он продолжал окислять органику прошлых эпох. Зато метан после появления кислорода, то есть все последние 2,5 миллиарда лет, обнаружить на межзвёздных дистанциях зачастую было бы нереально. Впрочем, даже обнаружив его до этого события, уверенно заявить о биогенном происхождении данного газа было бы сложно. В Солнечной системе как минимум на Титане есть метан и сходные углеводороды. Но, как считается, там этот газ возникает неорганическим путём.

Фото: © Flickr/Bernie Durfee

Отдельно исследователи останавливаются на биосферах, находящихся в основном в океанах. Они отмечают, что до освоения суши процессы связывания биогенного метана и кислорода во многом идут внутри гидросферы и на атмосфере никак не отражаются. Кислород связывают органические останки в воде, а метан потребляют живые океанские микроорганизмы. Такой сценарий царил на Земле до кембрийского периода, то есть миллиарды лет. Авторы классифицируют подобную биосферу как маскировочную. Используя телескопы, технологически доступные человечеству сегодня, её чрезвычайно сложно обнаружить даже на расстоянии в считаные десятки световых лет.

За счёт применения космических телескопов в последние годы открыты многие тысяч кандидатов в экзопланеты. Для десятков из них уже есть данные по составу атмосферы. Следующее поколение космических телескопов, таких как "Джеймс Уэбб" или TESS, начнёт работу уже в ближайшие годы. Они смогут получать данные о составе атмосфер довольно небольших землеподобных планет. Ранее считалось, что сразу после этого за счёт обнаружения газов-биомаркеров можно будет уверенно выяснить, есть ли в соседних звёздных системах жизнь.

Критики такого подхода указывали на Марс, где каждое лето локально появляется метан, однако понять, биогенный он или нет, так до сих пор и не удалось. Как они отмечают, наивно считать, что мы сможем понять, есть ли жизнь с световых годах от нас, если не можем ничего точно сказать о её наличии всего в двух-трёх световых минутах от Земли. Новая работа показывает, что телескопы ближайшего будущего уверенно могут обнаружить лишь высокоразвитую жизнь, подобную той, что присутствует на Земле в последние 500 миллионов лет. Остальные варианты вроде бактерий или простейших для них пока малодоступны. Судя по нашей планете, это может означать, что лишь малая часть всех существующих биосфер в близких звёздных системах будет выявлена в обозримом будущем.