Тесты будущего Космический телескоп обнаружил признаки жизни на Земле

Мы знаем, что существуют тысячи экзопланет, и еще многие миллионы ждут своего открытия. Но подавляющее большинство экзопланет просто непригодны для жизни.

Что касается тех немногих, которые могут быть обитаемы, мы можем определить, являются ли они обитаемыми, только исследуя их атмосферы. LIFE, большой интерферометр для экзопланет, может помочь.

Поиск биосигнатур на потенциально обитаемых экзопланетах набирает обороты. JWST успешно собрал некоторые атмосферные спектры из атмосфер экзопланет, но у него есть много других задач, и время для наблюдений очень востребовано. Планируемый космический телескоп под названием LIFE будет предназначен для поиска биосигнатур экзопланет, и недавно исследователи провели для него тест: сможет ли он обнаружить биосигнатуры Земли?

В качестве интерферометра LIFE состоит из пяти отдельных телескопов, которые будут работать в унисон, чтобы расширить рабочий размер телескопа. LIFE разрабатывается ETH Zurich (Федеральным технологическим институтом Цюриха) в Швейцарии. LIFE будет вести наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне, где можно обнаружить спектральные линии важных биоиндикаторных химических веществ озона, метана и закиси азота.

LIFE будет расположена в точке Лагранжа 2, примерно в 1,5 миллионах километров (1). миллионов миль), где также расположен JWST. Из этого места он будет наблюдать за списком целей экзопланет в надежде найти биосигнатуры.

«Наша цель – обнаружить химические соединения в световом спектре, которые намекают на жизнь на экзопланетах», – объяснил Саша Кванц. , профессор экзопланет и обитаемости в ETH Zurich, возглавляющий инициативу LIFE.

ЖИЗНЬ все еще остается лишь концепцией, и исследователи хотели проверить его производительность. Поскольку он еще не был построен, группа исследователей использовала атмосферу Земли в качестве тестового примера.

Они рассматривали Землю как экзопланету и тестировали методы LIFE на известном спектре атмосферы Земли в различных условиях. Для работы с данными они использовали инструмент под названием LIFEsim. Исследователи часто используют смоделированные данные для проверки возможностей миссии, но в данном случае они использовали реальные данные.

Их результаты опубликованы в Астрономическом журнале. Исследование называется «Большой интерферометр для экзопланет (LIFE). XII. Обнаруживаемость основных биосигнатур в среднем инфракрасном диапазоне — обнюхивание экзопланетного веселящего газа и метилированных галогенов». Ведущий автор — доктор Даниэль Ангерхаузен, астрофизик и астробиолог из ETH в Цюрихе.

В реальном сценарии Земля была бы просто отдалённой точкой, которую почти невозможно различить. Все, что увидит LIFE, — это спектр атмосферы планеты, который будет меняться со временем в зависимости от того, какие изображения запечатлел телескоп, и, что особенно важно, как долго он наблюдал за ним.

Эти спектры будут собираться с течением времени, и это приводит к важному вопросу: как геометрия наблюдений и сезонные вариации повлияют на наблюдения LIFE?

К счастью для исследовательской группы, у нас есть достаточно данных наблюдений за Землей, с которыми они могут работать. Исследователи работали с тремя различными геометриями наблюдений: двумя видами с полюсов и одним из экваториальной области. С этих трех точек зрения они работали с атмосферными данными за январь и июль, что объясняет самые большие сезонные колебания.

Хотя планетарные атмосферы могут быть чрезвычайно сложными, астробиологи сосредотачиваются на определенных аспектах, чтобы выявить потенциал планеты для размещения жизнь. Особый интерес представляют химические вещества N₂O, CH₃Cl и CH₃Br (закись азота, хлорметан и бромметан), все из которых может быть произведено биогенным путем.

Мы используем набор сценариев, полученных на основе моделей химической кинетики, которые моделируют реакцию атмосферы на различные уровни биогенного производства N₂O, CH3Cl и CH₃Br в богатых O₂ атмосферах планет земной группы для создания перспективных моделей для нашего программного обеспечения симулятора наблюдений LIFEsim», — пишут авторы. .

В частности, исследователи хотели знать, сможет ли LIFE обнаруживать CO₂, воду, озон и метан на планете Земля на расстоянии примерно 30 световых лет. признаки умеренного мира, поддерживающего жизнь – особенно озон и метан, которые производятся жизнью на Земле – поэтому, если LIFE может таким образом обнаружить биологическую химию на Земле, она сможет обнаружить ее и в других мирах.

LIFE удалось обнаружить CO₂, воду, озон и метан на Земле. Он также обнаружил некоторые поверхностные состояния, указывающие на жидкую воду. Интересно, что результаты LIFE не зависели от того, под каким углом смотреть на Землю. Это важно, поскольку мы не знаем, под какими углами LIFE будет наблюдать экзопланеты.

Другой проблемой являются сезонные колебания, и их было не так легко наблюдать. Но, к счастью, похоже, что это не будет ограничивающим фактором. «Даже если атмосферную сезонность наблюдать нелегко, наше исследование показывает, что космические миссии следующего поколения смогут оценить, являются ли близлежащие экзопланеты умеренного пояса обитаемыми или даже обитаемыми», — сказал Кванц.

Однако обнаружить нужные химические вещества не так уж и просто. недостаточно. Важнейшим моментом является то, сколько времени это займет. Создание космического интерферометра, который обнаружил бы эти химические вещества, но на это потребовалось бы слишком много времени, было бы непрактично и эффективно.

«Мы используем результаты, чтобы определить время наблюдения, необходимое для обнаружения этих сценариев, и применить их. определить научные требования для миссии», — пишет исследовательская группа в своей статье.

Чтобы нарисовать более широкую картину времени наблюдений LIFE, исследователи разработали список целей. Они создали «…распределение по расстоянию планет HZ с радиусами от 0,5 до 1,5 радиуса Земли вокруг звезд типа M и FGK в пределах 20 пк от Солнца, которые можно обнаружить с помощью LIFE». Данные для этих целей получены от НАСА и других предыдущих исследований.

Результаты показывают, что для некоторых целей требуется всего несколько дней, в то время как для других может потребоваться до 100 дней, чтобы обнаружить соответствующую численность. .

То, что команда называет «золотыми целями», наблюдать легче всего. Планеты в Проксиме Центавра являются примером целей такого типа. Для этих планет необходимо всего несколько дней наблюдения. Потребуется около десяти дней наблюдений с помощью LIFE, чтобы наблюдать «определенные стандартные сценарии, такие как умеренные планеты земной группы вокруг звезд-хозяев М на расстоянии пяти пк», пишут исследователи.

Самые сложные случаи, которые еще предстоит выяснить. Возможны экзопланеты-близнецы Земли, находящиеся на расстоянии около 5 парсеков. Согласно результатам, для обнаружения биосигнатур LIFE требуется от 50 до 100 дней наблюдений.

На данный момент LIFE все еще остается лишь потенциальной миссией. Это не первая предлагаемая миссия, которая будет сосредоточена исключительно на изучении обитаемости экзопланет. В 2023 году НАСА предложило создать Обсерваторию обитаемых миров (HWO). Его цель — напрямую отобразить как минимум 25 потенциально обитаемых миров, а затем найти биосигнатуры в их атмосферах.

Но, по мнению авторов, их результаты показывают, что ЖИЗНЬ — лучший вариант.

«Если в окрестностях Солнца существуют звездные экзопланетные системы позднего типа с планетами, имеющими глобальные биосферы, производящие сигналы N₂O и CH₃X, то LIFE будет наиболее подходящая будущая миссия для систематического поиска и, в конечном итоге, их обнаружения», — заключают они.

Эта статья была первоначально опубликована в журнале Universe Today. Прочтите оригинал статьи.