Поиски жизни на экзопланетах: что дадут нулевые результаты?
Исследование, проведенное группой ученых под руководством Даниэля Ангерхаузена из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Института SETI, посвящено критически важному вопросу: что человечество сможет узнать о жизни во Вселенной, если будущие поиски биосигнатур на других планетах не принесут результатов? Работа, опубликованная в The Astronomical Journal в рамках Швейцарского национального центра компетенции PlanetS, использует байесовский статистический анализ для определения минимального количества экзопланет, которые необходимо изучить, чтобы получить значимые выводы о распространенности жизни.
Ключевые выводы исследования
Ученые пришли к выводу, что если в ходе наблюдений 40–80 экзопланет не будет обнаружено никаких признаков жизни, это позволит с уверенностью утверждать, что менее 10–20% подобных планет обитаемы. В масштабах Млечного Пути это соответствует примерно 10 миллиардам потенциально пригодных для жизни миров. Такой «нулевой результат» стал бы важным достижением, поскольку установил бы верхний предел распространенности жизни во Вселенной — вопрос, который до сих пор оставался без ответа.
Однако исследователи подчеркивают, что даже при отсутствии обнаружения биосигнатур крайне важно учитывать неопределенности, связанные с наблюдениями. Эти неопределенности делятся на два типа:
- Неопределенность интерпретации — риск ложных отрицательных результатов, когда планета может быть ошибочно признана необитаемой из-за недостаточной чувствительности инструментов или сложности идентификации биомаркеров.
- Неопределенность выборки — систематические ошибки, возникающие, например, при включении в исследование планет, не соответствующих критериям обитаемости (например, находящихся за пределами обитаемой зоны или имеющих неподходящую атмосферу).
Важность постановки правильных вопросов
Даниэль Ангерхаузен отмечает, что ключевой аспект исследования заключается не только в количестве наблюдаемых планет, но и в корректной формулировке научных вопросов. Например, вопрос «Какая часть каменистых планет в обитаемой зоне демонстрирует признаки водяного пара, кислорода и метана?» предпочтительнее расплывчатого «Есть ли жизнь на других планетах?», поскольку позволяет минимизировать интерпретационные ошибки.
Это особенно актуально для будущих миссий, таких как проект LIFE (Large Interferometer for Exoplanets), целью которого является изучение атмосфер десятков землеподобных экзопланет. По расчетам авторов, запланированного числа наблюдений будет достаточно для статистически значимых выводов, но только при условии тщательного учета всех возможных погрешностей.
Сравнение байесовского и частотного подходов
В работе также исследуется влияние априорных знаний (байесовский подход) на интерпретацию данных. Ученые сравнили результаты, полученные с помощью байесовской статистики, с альтернативным частотным методом, который не опирается на предварительные предположения. Оказалось, что для выборки, сопоставимой с масштабами миссии LIFE, разница между двумя подходами незначительна, и оба метода дают схожие результаты.
Соавтор исследования Эмили Гарвин, специалист по статистике, подчеркивает, что байесовский и частотный методы не являются взаимоисключающими, а дополняют друг друга, позволяя более глубоко понимать данные. Выбор между ними зависит от конкретных научных целей.
Значение «нулевого результата»
Ученые резюмируют, что даже если поиски жизни не увенчаются успехом, это не будет означать отсутствия жизни во Вселенной. Вместо этого человечество получит количественную оценку того, насколько редко встречаются планеты с обнаруживаемыми биосигнатурами. Это важный шаг в астробиологии, который поможет скорректировать дальнейшие исследования и определить, на каких объектах стоит сосредоточиться.
Таким образом, работа не только предлагает методологию для будущих миссий, но и демонстрирует, как строгий статистический анализ позволяет извлекать ценную информацию даже из отрицательных результатов.