«Что, если внеземная жизнь не будет найдена?» Даже если нынешние поиски признаков жизни в космосе не приведут к желаемому результату, это может повлечь за собой новые, неожиданные открытия и помочь скорректировать будущие исследования, считают международные ученые в новом .
Доктор Даниэль Ангерхаузен, профессор ETH Zurich и сотрудник Института SETI, руководил исследованием, анализируя данные опросов, не выявивших жизнь в космосе. С помощью сложного статистического анализа Ангерхаузен и его коллеги создали метод, позволяющий использовать подобные результаты для определения новых ориентиров в количестве и типах планет, которые необходимо исследовать.
Исследование показывает, что необнаруженные планеты могут быть использованы будущими учеными для определения максимальных значений вероятности существования жизни на определенных типах планет. Так, если ученые проведут анализ 40–80 экзопланет и не найдут признаков жизни, они смогут сделать аргументированный вывод о том, что вероятность обитаемости подобных планет не превышает 10–20 процентов.
Несмотря на небольшой размер этого процента, он по-прежнему предполагает наличие значительного числа потенциальных кандидатов. Если вероятность составляет 10%, то современные модели предсказывают возможность существования десяти планет, пригодных для жизни.
Миссия LIFE
Интерпретация подобных данных затруднена из-за присущей наблюдениям неопределенности. Неучтенная биосигнатура может спровоцировать ложноотрицательный результат, а включение планет, не соответствующих критериям обитаемости, – к заниженной оценке вероятности обнаружения.
«Важно не только количество обнаруженных планет, но и корректность поставленных вопросов, а также уверенность в том, что мы сможем увидеть или не увидеть то, что ищем », — говорит Ангерхаузен. «Недостаточная осмотрительность и чрезмерная уверенность в своих возможностях при поиске признаков жизни могут привести к неверным выводам, даже в рамках масштабного исследования ».
Крайне важно четко определить, какие вопросы необходимо задавать, учитывая подготовку к запуску новых миссий по поиску жизни в ближайшие годы. ETH Zurich возглавляет миссию Life Interferometer for Exoplanets (LIFE) – проект, находящийся в разработке с 2017 года и рассчитанный на пять-шесть лет, целью которого является обнаружение жизни в космосе. LIFE будет нацелен на экзопланеты, схожие с Землей по массе, радиусу и температуре, и позволит анализировать их атмосферы для выявления воды, кислорода и других признаков жизни.
На борту космического аппарата разместится нуль-интерферометр, который будет подавлять преобладающие сигналы и обнаруживать слабые биомаркеры в средней инфракрасной области спектра. Именно в этом диапазоне ключевые молекулы проявляют наиболее заметные спектральные характеристики. Полученные данные позволят собрать достаточно обширную выборку, что позволит астробиологам сделать более точные заключения о распространенности жизни в нашей галактике.
Задавать вопросы и читать результаты
Для достижения существенных результатов даже при использовании современных инструментов требуется тщательный статистический анализ и понимание факторов неопределенности и предвзятости. Специалисты советуют формулировать четкие, поддающиеся измерению вопросы, например, « Какова доля каменистых планет, расположенных в обитаемой зоне Солнечной системы, на которых наблюдаются очевидные признаки содержания водяного пара, кислорода и метана? », а не «На скольких планетах есть жизнь?».
Команда также исследовала, как предварительные представления, основанные на имеющихся знаниях, могут повлиять на результаты опроса. Для этого был проведен сравнительный анализ байесовского статистического подхода, учитывающего предыдущие знания, и частотного подхода, который их игнорирует. Результаты, полученные на выборке, сопоставимой с ожидаемым размером выборки в исследовании LIFE, продемонстрировали высокую степень соответствия между результатами обоих методов.
«В прикладных исследованиях байесовский и частотный подходы к статистике иногда воспринимаются как противоположные направления. Однако, как статистик, я склонен видеть в них альтернативные и взаимодополняющие методы анализа данных и толкования вероятностей », — говорит соавтор Эмили Гарвин.
Планирование будущих миссий
«Для достижения достоверных и точных результатов в научных исследованиях, обусловленных незначительными различиями, может потребоваться использование различных статистических методов », — добавляет Гарвин. «Целью было продемонстрировать, как различные методы позволяют получить более полное представление об одном и том же наборе данных, и таким образом предоставить руководство по внедрению различных систем ».
Изучение космоса требует улучшения методологии, основанной на анализе данных и ключевых вопросов, определяющих этот анализ. В то время как ученые продолжают поиски внеземной жизни, необходимо соблюдать строгую систему, чтобы не упустить едва заметные сигналы, способные привести к революционному открытию.
«Одно положительное обнаружение изменит все», — говорит Ангерхаузен, — «но даже если мы не найдем жизнь, мы сможем оценить, насколько редкими — или обычными — могут быть планеты с обнаруживаемыми биосигнатурами ».