Признаки жизни на далёких планетах звучат захватывающе. Но подтверждение может занять годы

Астрономы могут использовать телескопы, чтобы находить конкретные молекулы в атмосферах соседних планет, в туманностях (облаках межзвёздной пыли и газа) за сотни или тысячи световых лет от нас, или в галактиках за пределами Млечного Пути. За почти сто лет (первую такую молекулу обнаружили в 1937 году) учёные нашли более 350 молекул в пространстве между и вокруг звёзд. Каждый год космическая химическая кладовая пополняется от нескольких до пары десятков новых находок. Многие из этих молекул — предшественники биомолекул, то есть они могут дать подсказки о происхождении жизни в других уголках космоса.

Как астрохимик, я изучаю химические вещества в космосе, особенно в далёких облаках, где рождаются звёзды. Но даже меня никогда не перестают изумлять точные наблюдения, которые собирают эти телескопы. С этим ongoing бумом астрохимических переписей есть чему радоваться. Однако иногда радость бывает преждевременной. Находить молекулы в местах, которые люди, скорее всего, никогда не посетят, — непростая задача, поэтому проверка (а иногда и исправление) этих наблюдений — непрерывный процесс, особенно для молекул с не очень сильными сигналами.

Астрономы не могут посетить соседние планеты, не говоря уже о далёких звёздообразующих регионах. Так как же они узнают, что там есть? Астрономы наблюдают космос с помощью телескопов, которые собирают электромагнитную энергию разных длин волн. Для астрохимии обычно используют радиотелескопы. Эти инструменты, похожие на спутниковые тарелки, «видят» радиоволны — у них длина волны гораздо больше, чем может воспринять человеческий глаз.

Когда молекулы свободно кувыркаются в космосе в газообразном состоянии, они вращаются, и это движение высвобождает энергию в виде фотонов. Разные типы вращения требуют разных уровней энергии. Каждый фотон несёт эту энергию к телескопу, который регистрирует его сигнал. Чем больше фотонов с определённой энергией, тем сильнее сигнал. Если радиотелескоп регистрирует все ожидаемые сигналы для данной молекулы (её спектр), то астрономы могут с уверенностью сказать, что они обнаружили эту молекулу. Инфракрасные телескопы (например, «Джеймс Уэбб») или телескопы видимого света («Хаббл») тоже можно использовать для астрохимии, но сигналы там часто труднее различить.

За каждым открытием новой молекулы в космосе стоят месяцы или даже годы работы по захвату химических «отпечатков пальцев» (спектра). Я провёл около года в Кёльнском университете, где использовал компьютерные модели астрофизически интересных химических веществ, чтобы предсказать, как будут выглядеть их спектры. В лаборатории я помещал химикаты в стеклянную трубку под вакуумом, имитируя космические условия, и записывал, что увидел бы радиотелескоп, если бы смотрел только на эту молекулу. Астрономы уже нашли некоторые из этих молекул в космосе, и мы перепроверяли их, но также смотрели на молекулы, которые, по нашим прогнозам, могут где-то существовать.

Мы с командой учёных снова и снова настраивали компьютерные параметры, пока смоделированные спектры не совпадали с экспериментальными данными. Когда это происходило, это означало, что модель надёжно воспроизводит «отпечаток» молекулы в космосе. Надёжные модельные спектры позволяют астрономам обнаруживать химические сигналы на частотах, которые уже нельзя измерить в лаборатории. Хотя моё участие в кёльнской команде не привело к открытию новой молекулы, я оценил работу, стоящую за кулисами: лабораторные измерения делаются именно для того, чтобы астрономы могли быть уверены в своих обнаружениях.

Даже с мощными радиотелескопами и тщательными экспериментами некоторые сигналы не так однозначны, как хотелось бы астрономам. Иногда сигналы слишком слабы, чтобы быть полностью уверенными, что они принадлежат именно тем молекулам. В других случаях слишком много молекулярных сигналов наваливается друг на друга, и они смешиваются. Учёные обнаруживали молекулы, важные для биологических процессов на Земле, в кометах и атмосферах других планет. Эти находки захватывающи, но большинство учёных проявляют осторожность и не делают поспешных выводов, потому что такие молекулы могут существовать и вне живых организмов. Однако иногда восторг берёт верх, и начинаются преждевременные заключения.

Учёные часто приходят в возбуждение, когда потенциально присутствуют новые молекулы, особенно биологически значимые. Исследователи также беспокоятся о том, чтобы не опоздать с публикацией — особенно потому, что многие данные телескопов становятся общедоступными после короткого эксклюзивного периода. Возможно, одно из самых громких «не-открытий» в астрохимии — глицин в межзвёздном пространстве более 20 лет назад. Глицин — простейшая аминокислота, тип молекул, необходимых для жизни в том виде, в каком мы её знаем. Обнаружение этой молекулы в туманности изменило бы представления учёных об эволюции ингредиентов жизни. Но последующие исследования показали, что в первоначальном сообщении отсутствовали ключевые сигналы, и сейчас астрохимики в целом согласны: глицин не был найден в звёздообразующих туманностях.

Ещё одно молекулярное открытие подверглось проверке — потенциальное обнаружение фосфина в атмосфере Венеры. В отличие от глицина, учёные до сих пор не пришли к согласию, действительно ли фосфин (который на Земле связан с некоторыми биологическими процессами) присутствует на Венере. Первые сообщения вызвали разговоры о биосигнатурах и признаках возможной жизни на гораздо более горячей сестре Земли. Но последующие исследования других учёных не смогли подтвердить первоначальные результаты. Последние пять лет учёные продолжают пытаться подтвердить или окончательно опровергнуть существование венерианского фосфина.

Читая об открытиях новых молекул в межзвёздном пространстве или на других планетах, как понять, можно ли верить тому, о чём вы читаете? Важно остерегаться кричащих заголовков о «признаках жизни». Обнаружения молекул, основанные только на одном или двух сигналах, как правило, менее надёжны, чем те, которые опираются на пять или более сигналов. Для открытий, дразнящих намёками на жизнь в других мирах, другие учёные почти наверняка попытаются воспроизвести результаты. Если подождать несколько месяцев, пока утихнет первоначальный ажиотаж, можно поискать в интернете новые результаты, которые подтверждают или опровергают первоначальное заявление.

Итог: Астрохимия — это медленная, кропотливая наука. За каждым заголовком о «потенциальных признаках жизни» стоят годы лабораторной работы, компьютерного моделирования и перепроверки. Большинство таких открытий не выдерживают проверки временем. Но те немногие, которые выдерживают — меняют наше представление о том, насколько мы одиноки во Вселенной. Просто не торопитесь радоваться раньше времени.