|
Признаки инопланетной жизни в атмосферах планет
|
|
|
|
Мы живем в очень интересное время: ответы на некоторые из древнейших вопросов, которые задает человечество, находятся в пределах нашей досягаемости. Один из них - является ли Земля единственным местом, где есть жизнь.
|
|
|
|
За последние 30 лет на вопрос о том, является ли Солнце уникальной планетной системой, был получен исчерпывающий ответ: теперь мы знаем о тысячах экзопланет, вращающихся вокруг других звезд. Но можем ли мы с помощью телескопов определить, есть ли жизнь на каком-либо из этих отдаленных миров? Многообещающим методом является анализ газов, присутствующих в атмосферах этих планет.
|
|
|
|
Сейчас нам известно о более чем 6000 экзопланетах. В настоящее время каталогизировано так много планет, что есть несколько способов определить, какие из них являются наиболее перспективными для биологии. Например, используя расстояние планеты от звезды-хозяина, астрономы могут определить ее вероятную температуру.
|
|
|
|
Земля - единственная планета в Солнечной системе, поверхность которой покрыта океанами в жидком виде, поэтому для обитаемой планеты необходимы умеренные температуры. Наличие на планете подходящей температуры для жидкой воды в значительной степени зависит от наличия и характера атмосферы планеты.
|
|
|
|
Удивительно, но мы можем идентифицировать молекулы, присутствующие в атмосферах экзопланет. Согласно квантовой механике, каждое химическое вещество в атмосфере имеет свой особый рисунок, похожий на штрих-код, который он оставляет на проходящем через него свете. Собирая звездный свет, прошедший через атмосферу экзопланеты, телескопы могут видеть штрих-коды молекул, составляющих эту атмосферу.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы воспользоваться этим преимуществом, планета, с нашей точки зрения, должна пройти перед звездой. Это означает, что он работает только для небольшой части известных экзопланет.
|
|
|
|
Сила сигнала зависит от количества молекул в атмосфере: он сильнее для наиболее распространенных молекул и постепенно ослабевает по мере уменьшения их количества. Это означает, что, как правило, легче всего обнаружить доминирующие молекулы, хотя это не всегда так. Некоторые штрих-коды по своей сути являются надежными, в то время как другие - слабыми.
|
|
|
|
Например, в атмосфере Земли преобладает двухатомный азот, но эта молекула имеет слабое значение по сравнению с гораздо менее распространенными двухатомным кислородом, озоном, углекислым газом и водой.
|
|
|
|
Обнаружение молекул
|
|
|
|
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) - это большой космический телескоп, который собирает свет в инфракрасном диапазоне длин волн. Он использовался для исследования атмосфер различных экзопланет.
|
|
|
|
Обнаружение молекулярных отпечатков в атмосфере экзопланеты - дело не совсем простое. Разные команды исследователей могут получать разные результаты, поскольку они по-разному обрабатывают одни и те же данные. Но, несмотря на эти трудности, были получены воспроизводимые и надежные результаты обнаружения молекул. Были обнаружены простые молекулы с четкими штрих-кодами, такие как метан, углекислый газ и вода.
|
|
|
|
Планеты крупнее Земли, но меньше Нептуна — так называемые субнептуновые - являются наиболее распространенным типом известных экзопланет. Именно для одной из этих планет, K2-18b, в 2025 году было сделано смелое заявление об обнаружении биосигнала. В результате анализа был обнаружен диметилсульфид, и заявленный шанс того, что это обнаружение было ложным, составлял менее одного раза из 1000.
|
|
|
|
На Земле диметилсульфид вырабатывается фитопланктоном в океанах, но быстро расщепляется в морской воде, освещенной солнечным светом. Поскольку K2-18b, возможно, является планетой, полностью покрытой водным океаном, обнаружение диметилсульфида в ее атмосфере может свидетельствовать о постоянном поступлении его из морских микроорганизмов.
|
|
|
|
Повторное изучение результатов обнаружения диметилсульфида K2-18b другими исследователями ставит под сомнение это утверждение. Наиболее значимой была демонстрация Луисом Уэлбэнксом и его коллегами из Университета штата Аризона в 2025 году того, что выбор молекулярных штрих-кодов для включения в анализ радикально повлиял на результаты.
|
|
|
|
Они обнаружили, что многочисленные альтернативы, не рассмотренные в первоначальной работе, обеспечивают столь же хорошее или даже лучшее соответствие измеренным данным.
|
|
|
|
Для планет размером с Землю, которые предположительно являются каменистыми, обнаружить атмосферу с помощью JWST довольно сложно. Однако будущее многообещающее, поскольку ряд запланированных миссий позволит нам узнать гораздо больше о планетах, которые могут быть похожи на Землю.
|
|
|
|
С запланированным запуском в 2026 году телескопа Plato Европейского космического агентства будут обнаружены планеты, гораздо более похожие на Землю и подходящие для просвечивающей спектроскопии, чем те, о которых мы знаем в настоящее время.
|
|
|
|
Космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман", запуск которого запланирован на 2029 год, станет пионером в области коронографических методов, позволяющих нейтрализовать звездный свет, чтобы можно было непосредственно изучать планеты, вращающиеся вокруг близлежащих звезд.
|
|
|
|
Телескоп Европейского космического агентства Ariel, запуск которого запланирован на 2029 год, представляет собой специализированный аппарат для просвечивающей спектроскопии, предназначенный для определения состава атмосфер экзопланет.
|
|
|
|
Обсерватория обитаемых миров НАСА (HWO) в настоящее время находится на стадии планирования. В ходе этой миссии с помощью коронографа будет изучено около 25 планет земного типа в поисках различных признаков пригодности для жизни.
|
|
|
|
HWO будет иметь широкий диапазон длин волн - от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного. Если бы вокруг одной из ближайших звезд-мишеней HWO вращался двойник Земли, телескоп собирал бы отраженный от планеты звездный свет. Этот отраженный звездный свет будет содержать характерные признаки двухатомного кислорода и других газов, характерных для атмосферы нашей планеты. Это также выявит признаки поглощения звездного света фотосинтезирующими растениями: так называемый "красный край растительности".
|
|
|
|
Поверхность Земли разделена на сушу и океаны, которые по-разному отражают свет. Компания HWO сможет реконструировать карту поверхности с низким разрешением на основе изменений в отраженном свете, когда континенты и океаны то появляются, то исчезают из поля зрения.
|
|
|
|
Таким образом, будущее выглядит очень многообещающим. С запуском космического аппарата в ближайшие годы мы, возможно, вплотную подойдем к вопросу о том, уникальна ли Земля в плане размещения жизни.
|
|
|
|
Источник
|
