Фосфин может быть верным признаком внеземной жизни

Фосфин — один из самых дурно пахнущих и токсичных газов на Земле, который можно найти в некоторых из самых грязных мест, включая кучи навоза и глубины болот. Этот гнилостный «болотный газ» также легко воспламеняется и реагирует с частицами в нашей атмосфере.

Большая часть жизни на Земле, особенно вся аэробная, дышащая кислородом жизнь, не хочет иметь ничего общего с фосфином, не производит его и не полагается на него для выживания.

И вот теперь исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что фосфин вырабатывается другой, менее распространенной формой жизни: анаэробными организмами, такими как бактерии и микробы, которые не нуждаются в кислороде, чтобы жить.

Исследователи обнаружили, что фосфин не может быть произведен каким-либо иным способом, кроме как этими необычными, не склонными к кислороду организмами, что делает фосфин чистой биосигнатурой — признаком жизни (по крайней мере, для определенного вида).

В статье, опубликованной в журнале Astrobiology, исследователи сообщают, что, если бы фосфины производились в количествах, подобных метану на Земле, газ генерировал бы характерную картину света в атмосфере планеты.

Эта схема была бы достаточно четкой, чтобы обнаружить ее на расстоянии 16 световых лет телескопом, таким как будущий космический телескоп Джеймс Уэбб. Если бы фосфин был обнаружен на скалистой планете, это было бы безошибочным признаком внеземной жизни.

Осознание того, что фосфин связан с анаэробной жизнью, было подсказкой, что молекула может быть жизнеспособной биосигнатурой. Но, чтобы быть уверенным, ученые должны были исключить любую возможность того, что фосфин мог быть произведен чем-либо кроме жизни.

Чтобы сделать это, они потратили последние несколько лет на изучение многих видов фосфора, основного строительного блока фосфина, через исчерпывающий теоретический анализ химических путей, при все более экстремальных сценариях, чтобы увидеть, может ли фосфор превратиться в фосфин каким-либо абиотическим (то есть не генерирующим жизнь) способом.

Фосфин — это молекула, состоящая из одного атома фосфора и трех атомов водорода, которые обычно не предпочитают собираться вместе. Требуется огромное количество энергии, например в экстремальных условиях Юпитера и Сатурна, чтобы разбить атомы с достаточной силой, чтобы преодолеть их естественную «неприязнь».

Исследователи разработали химические пути и термодинамику, связанные с несколькими сценариями на Земле, чтобы выяснить, могут ли они производить достаточно энергии, чтобы превратить фосфор в фосфины.

«В какой-то момент мы рассматривали все менее и менее правдоподобные механизмы, например, если тектонические плиты трутся друг о друга, можете ли вы получить плазменную искру, которая генерирует фосфины? Может ли это повлиять на производство фосфина? И мы прошли через этот процесс в течение нескольких лет, чтобы понять, что ничто иное, как жизнь, не производит определяемых количеств фосфина» — говорят ученые.

Они обнаружили, что фосфин не имеет значительных ложных срабатываний, что означает, что любое обнаружение фосфина является верным признаком жизни. Затем исследователи выяснили, может ли молекула быть обнаружена в атмосфере экзопланеты.

Они смоделировали атмосферы идеализированных, бедных кислородом, экзопланет двух типов: богатых водородом и двуокиси углерода. Они вводили в симуляцию различные скорости производства фосфина и экстраполировали, как будет выглядеть спектр света в данной атмосфере при определенной скорости производства фосфина.

Ученые обнаружили, что если бы фосфин производился в относительно небольших количествах, эквивалентных количеству метана, производимого сегодня на Земле, то он мог бы генерировать в атмосфере определенный сигнал.

Такой сигнал был бы достаточно четким, чтобы его можно было обнаружить с помощью передовой обсерватории, такой, как предстоящий космический телескоп Джеймс Уэбб, если бы экзопланета находилась в пределах 5 парсеков или около 16 световых лет от Земли — сфера пространства, которая вмещает множество звезд, вероятно, имеющих скалистые планеты.

Clara Sousa-Silva et al. Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres, Astrobiology (2019). DOI: 10.1089/ast.2018.1954