Это один из вопросов, на которые докторант Вашингтонского университета Эдвард Швитерман и астроном Виктория Медоуз из Междисциплинарной Виртуальной планетарной лаборатории из Университета Вашингтона пытались ответить в исследовании, опубликованном в мае в журнале Astrobiology.Используя компьютерное моделирование, исследователи обнаружили, что если организмы с нефотосинтетическими пигментами — те, которые обрабатывают свет для задач, отличных от производства энергии, — покроют достаточно большую часть поверхности далекой планеты, их спектральный сигнал может быть достаточно сильным, чтобы его могли обнаружить мощные телескопы будущего прямо сейчас. разрабатывается. Эти знания могут добавить новую перспективу в охоту за жизнью за пределами Земли.Такие организмы «будут производить признаки отражения или яркости, отличные от сигнатур наземной растительности, например деревьев», — сказал ведущий автор исследования Швитерман. «Это может подтолкнуть нас к расширению наших представлений о том, как могут выглядеть поверхностные биосигнатуры» на экзопланете или мире за пределами нашей солнечной системы.
Он сказал, что исследование стало результатом встречи с соавтором Чарльзом Кокеллом из Британского центра астробиологии в 2012 году. Швитерман искал тему для ротации исследований в программе астробиологии Университета штата Вашингтон, в которой студенты действительно работают вне своей основной области исследования.
«Мне было интересно заниматься биологией в лаборатории и связывать ее с дистанционно обнаруживаемыми биосигнатурами, которые указывают на наличие жизни на планете на основе наблюдений, которые можно было бы сделать с помощью космического телескопа или большого наземного телескопа», — сказал Швитерман. .По его словам, уже была литература о поиске чего-то похожего на «красный край» земной растительности в качестве возможной биосигнатуры на экзопланетах. Красный край, вызванный организмами, производящими кислород, такими как деревья, — это увеличение яркости, когда вы переходите из видимого диапазона длин волн в инфракрасный или когда свет слишком красный, чтобы видеть. Вот почему листва выглядит яркой при инфракрасной фотографии и часто используется для картографирования растительного покрова с помощью спутников наблюдения за Землей.
Швитерман и Кокелл, астробиолог из Эдинбургского университета, решили посмотреть дальше и измерить отражательную способность земных организмов с помощью различных пигментов. В их число вошли те, которые не полагаются на фотосинтез, чтобы увидеть, какие биосигнатуры они производят и чем они могут отличаться от фотосинтезирующих организмов — или даже от неживых поверхностных элементов, таких как камни и минералы.
Пигменты, поглощающие свет, полезны для земных организмов не только в производстве энергии. Некоторые из них защищают от солнечного излучения или содержат антиоксиданты, которые помогают организму выжить в экстремальных условиях, таких как концентрация соли, высокие температуры или кислотность.
Есть даже фотосинтетические пигменты, которые вообще не производят кислород.Затем Швитерман и Медоуз подключили свои результаты к спектральным моделям Виртуальной планетарной лаборатории, которые включают влияние атмосферы и облаков, для моделирования гипотетических планет с поверхностями, покрытыми в той или иной степени такими организмами.«С помощью этих моделей мы могли определить потенциальную обнаруживаемость этих сигнатур», — сказал он.
Экзопланеты слишком далеки, чтобы их можно было наблюдать во всех деталях; даже телескопы ближайшего будущего будут доставлять свет от таких далеких целей в сжатом виде до одного пикселя.
Таким образом, даже сильный сигнал нефотосинтетических пигментов будет виден в лучшем случае только в «средней яркости диска» или средней планетарной яркости в электромагнитном спектре, сказал Швитерман.«Эта более широкая перспектива может позволить нам уловить то, что мы, возможно, упустили, или предложить дополнительные доказательства, в сочетании с газообразной биосигнатурой, такой как кислород, например, того, что планета населена», — сказал Швитерман.
Планетарная лаборатория в UW имеет растущую базу данных спектров и пигментов нефотосинтезирующих организмов и многое другое, доступное для общественности, и к которым были добавлены данные из этого проекта.Швитерман сказал, что предстоит еще проделать большую работу по каталогизации спектра спектральных характеристик, которые производит жизнь на Земле, а также по количественной оценке того, какая часть поверхности планеты может быть покрыта пигментированными организмами любого типа.
«Нам также нужно подумать о том, какие виды адаптации могут существовать в других мирах, которых нет на Земле, и что это означает для взаимодействия этих возможных внеземных организмов с их световой средой».