Телескоп Уэбба только что доказал, что может обнаруживать признаки жизни в инопланетных атмосферах

Телескоп Уэбба только что доказал, что может обнаруживать признаки жизни в инопланетных атмосферах An artist’s impression of the exoplanet TRAPPIST-1e. (NASA/JPL-Caltech)

Ингредиенты для жизни разбросаны по всей Вселенной. Хотя Земля — единственное известное место во Вселенной, где есть жизнь, обнаружение жизни за пределами Земли — главная цель современной астрономии и планетологии.

Мы — два ученых, изучающих экзопланеты и астробиологию. Во многом благодаря телескопам следующего поколения, таким как Джеймс Уэбб, такие исследователи, как мы, скоро смогут измерять химический состав атмосфер планет вокруг других звезд.

Надеюсь, что одна или несколько из этих планет будет иметь химическую сигнатуру жизни.

Пригодные для жизни экзопланеты

Жизнь может существовать в Солнечной системе, где есть жидкая вода — например, подземные водоносные горизонты на Марсе или в океанах спутника Юпитера. Европа. Однако поиск жизни в этих местах невероятно сложен, так как до них трудно добраться, а для обнаружения жизни потребуется отправить зонд для получения физических образцов.

Многие астрономы считают, что есть большая вероятность, что жизнь существует на Земле. планеты, вращающиеся вокруг других звезд, и, возможно, именно там впервые будет обнаружена жизнь.

Теоретические расчеты показывают, что только в галактике Млечный Путь существует около 300 миллионов потенциально обитаемых планет, а в пределах всего лишь нескольких обитаемых планет размером с Землю 30 световых лет от Земли — по сути, галактические соседи человечества.

На сегодняшний день астрономы обнаружили более 5000 экзопланет, в том числе сотни потенциально пригодных для жизни, используя косвенные методы, которые измеряют, как планета влияет на ближайшую к ней звезду. Эти измерения могут дать астрономам информацию о массе и размере экзопланеты, но не более того.

Поиск биосигнатур

Чтобы обнаружить жизнь на далекой планете, астробиологи будут изучать звездный свет, который взаимодействует с поверхностью или атмосферой планеты. Если атмосфера или поверхность были преобразованы жизнью, свет может нести подсказку, называемую «биосигнатурой».

В течение первой половины своего существования на Земле была атмосфера без кислорода, хотя на ней существовали простые , одноклеточная жизнь. В эту раннюю эпоху биосигнатура Земли была очень слабой. Ситуация резко изменилась 2,4 миллиарда лет назад, когда появилось новое семейство водорослей.

Водоросли использовали процесс фотосинтеза, в результате которого вырабатывался свободный кислород – кислород, химически не связанный с каким-либо другим элементом. С тех пор насыщенная кислородом атмосфера Земли оставляет сильную и легко обнаруживаемую биосигнатуру света, проходящего через нее.

Когда свет отражается от поверхности материала или проходит через газ, определенные длины волн свет с большей вероятностью останется в ловушке газа или поверхности материала, чем другие. Избирательное улавливание длин волн света объясняет, почему объекты имеют разные цвета.

Листья зеленые, потому что хлорофилл особенно хорошо поглощает свет в красных и синих длинах волн. Когда свет падает на лист, красные и синие волны поглощаются, оставляя в основном зеленый свет, который отражается обратно в ваши глаза.

Картина пропуска света определяется конкретным составом материала, с которым взаимодействует свет. . Благодаря этому астрономы могут что-то узнать о составе атмосферы или поверхности экзопланеты, по сути, измеряя определенный цвет света, исходящего от планеты.

Этот метод можно использовать для распознавания присутствия некоторых атмосферных газов, связанных с жизнью, таких как кислород или метан, потому что эти газы оставляют очень специфические следы в свете. Его также можно использовать для обнаружения особых цветов на поверхности планеты.

Например, на Земле хлорофилл и другие пигменты, используемые растениями и водорослями для фотосинтеза, улавливают световые волны определенной длины.

Эти пигменты создают характерные цвета, которые можно обнаружить с помощью чувствительной инфракрасной камеры. Если бы вы увидели этот цвет, отражающийся от поверхности далекой планеты, это потенциально означало бы присутствие хлорофилла.

Телескопы в космосе и на Земле

Требуется невероятно мощная телескоп, чтобы обнаружить эти тонкие изменения света, исходящего от потенциально обитаемой экзопланеты. На данный момент единственным телескопом, способным на такой подвиг, является новый космический телескоп Джеймса Уэбба.

Начав научную работу в июле 2022 года, Джеймс Уэбб измерил спектр газовой экзопланеты-гиганта WASP- 96б. Спектр показал присутствие воды и облаков, но такая большая и горячая планета, как WASP-96b, вряд ли может быть местом жизни.

Однако эти ранние данные показывают, что Джеймс Уэбб способен обнаруживать слабые химические сигнатуры. в свете, исходящем от экзопланет.

В ближайшие месяцы Уэбб направит свои зеркала на TRAPPIST-1e, потенциально пригодную для жизни планету размером с Землю, находящуюся всего в 39 световых годах от Земли.

Уэбб может искать биосигнатуры, изучая планеты, когда они проходят перед своими звездами, и фиксируя звездный свет, который проходит через атмосферу планеты. Но Уэбб не был предназначен для поиска жизни, поэтому телескоп способен тщательно изучить лишь несколько ближайших потенциально обитаемых миров.

Он также может обнаруживать только изменения уровня углекислого газа, метана и водяного пара в атмосфере. Хотя определенные комбинации этих газов могут свидетельствовать о наличии жизни, Уэбб не может обнаружить присутствие несвязанного кислорода, который является самым сильным сигналом жизни.

Ведущие концепции будущих, еще более мощных космических телескопов включают планы чтобы заблокировать яркий свет звезды-хозяина планеты, чтобы показать звездный свет, отраженный от планеты. Эта идея похожа на использование вашей руки, чтобы блокировать солнечный свет, чтобы лучше видеть что-то на расстоянии.

В будущих космических телескопах для этого могут использоваться маленькие внутренние маски или большие внешние космические корабли, похожие на зонтики. Как только звездный свет блокируется, становится намного легче изучать свет, отражающийся от планеты.

Кроме того, в настоящее время строятся три огромных наземных телескопа, которые смогут искать биосигнатуры: Гигантский Магеллен Телескоп, Тридцатиметровый телескоп и Европейский сверхбольшой телескоп.

Каждый из них намного мощнее существующих на Земле телескопов, и, несмотря на то, что земная атмосфера искажает звездный свет, эти телескопы могут исследовать атмосферу. ближайших к кислороду миров.

Это биология или геология?

Даже используя самые мощные телескопы ближайших десятилетий, астробиологи смогут обнаруживать только сильные биосигнатуры, производимые мирами которые были полностью преобразованы жизнью.

К сожалению, большинство газов, выделяемых земной жизнью, также могут быть произведены небиологическими процессами — коровы и вулканы выделяют метан. Фотосинтез производит кислород, но и солнечный свет тоже, когда он расщепляет молекулы воды на кислород и водород.

Существует большая вероятность того, что астрономы обнаружат некоторые ложные срабатывания при поиске далекой жизни. Чтобы исключить ложные срабатывания, астрономам необходимо достаточно хорошо изучить интересующую планету, чтобы понять, могут ли ее геологические или атмосферные процессы имитировать биосигнатуру.

Следующее поколение исследований экзопланет может превзойти все ожидания. бар экстраординарных доказательств, необходимых для доказательства существования жизни. Первый выпуск данных с космического телескопа Джеймса Уэбба дает нам представление о захватывающем прогрессе, который скоро произойдет. .gif?distributor=republish-lightbox-basic» alt=»Разговор» width=»1″ height=»1″ style=»border: none !important; box-shadow: none !important; margin: 0 !important; максимальная высота: 1px !важно; максимальная ширина: 1px !важно; минимальная высота: 1px !важно; минимальная ширина: 1px !важно; непрозрачность: 0 !важно; контур: нет !важно; отступы: 0 !важно; «>

Крис Импи, заслуженный профессор астрономии Аризонского университета, и Дэниел Апаи, профессор астрономии и планетологии Аризонского университета.

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.

logo