Телескоп Джеймса Уэбба найдет инопланетную жизнь на планетах с развитым сельским хозяйством

Изобретение земледелия 10 тысяч лет назад стало поворотным моментом в истории человечества. Оно позволило получать больше пищи с той же территории по сравнению с охотой и собирательством, и привело к росту населения. Это дало возможность основать города, организовать государственную власть и наладить торговлю, то есть – создать ту цивилизацию, которую мы знаем.

Земледелие повлияло и на Землю в целом. Его можно заметить, глядя с воздуха на ровную сетку полей, на изменения яркости разных участков планеты, а также путем анализа химического состава атмосферы. После того, как земледелие приобрело промышленный характер, его влияние на атмосферу многократно усилилось.

Джейкоб Хакк-Мисра из Института космических наук «Блю Марбл» и его коллегипредложилиискать следы этого влияния с помощью мощных телескопов вроде James Webb, который начнет работу этим летом. Его камерам не удастся получить детальное изображение планеты земного типа – в лучшем случае она будет видна как точка.

«Спектральные сигнатуры «экзоферм» стоит искать в качестве признака технологической цивилизации», – пишут авторы.

Важнейшую роль в метаболизме растений играет азот. В целом, земной воздух на 78 процентов состоит из этого газа, но растениям трудно усваивать его напрямую из атмосферы. Вместо этого они поглощают азотные соединения из почвы, в промышленном сельском хозяйстве их источником являются азотные удобрения, в том числе – аммонийные (NH₄).

Объемы производства аммонийных удобрений колоссальны, и при их использовании в воздух выделяется аммиак (NH₃). В земных условиях аммиак осаждается в течение нескольких дней, так что его присутствие в атмосфере можно считать признаком сельскохозяйственной деятельности. Кроме того, интенсивное сельское хозяйство является мощным источником закиси азота (N₂O).

На космическом телескопе James Webb установлены несколько спектрографов, позволяющих определить химический состав атмосферы планеты по ее излучению, в том числе – обнаружить соединения азота. Поэтому авторы исследования использовали симулятор, генерирующий спектр планеты с указанным химическим составом, чтобы выяснить, реально ли обнаружить инопланетных фермеров.

Оказалось, что современными инструментами не получилось бы зафиксировать уровни аммиака и закиси азота, равные земным. Однако James Webb смог бы заметить аммиак в богатой водородом атмосфере при достижении концентрации в пять миллионных долей, при условии, что планета вращается в системе красного карлика. По оценкам ученых, такая концентрация примерно соответствует масштабам сельского хозяйства, необходимым для питания ста миллиардов человек. В данный момент концентрация аммиака в атмосфере Земли достигает пять миллиардных долей.