<strong>Облачно, есть шанс на жизнь: как найти инопланетную жизнь на далеких экзопланетах</strong>

Денис Парфенов    | 2021.08.09

Аманда Бауэр получила финансирование Австралийского исследовательского совета. Она работает в Австралийской астрономической обсерватории, подразделении Министерства промышленности, инноваций и науки.

Брэд Картер и Джонти Хорнер не работают, не консультируют, не владеют акциями и не получают финансирование от какой-либо компании или организации, которые могут извлечь выгоду из этой статьи, и не раскрывают никаких соответствующих связей, помимо их академического назначения.

Партнеры

Университет Южного Квинсленда предоставляет финансирование в качестве члена The Conversation AU.

The Conversation UK получает финансирование от этих организаций.

  • Электронное письмо
  • Твиттер
  • Facebook
  • LinkedIn
  • WhatsApp
  • Посланник

Как вы относитесь к охоте за жизнью на другой планете в другом месте нашей галактики? Полезной отправной точкой является представление, что вы смотрите издалека в поисках признаков жизни на Земле. В телескоп, подобный тем, что есть у нас на Земле, эти инопланетяне, скорее всего, просто увидят Землю и Солнце, сливающиеся в одну бледно-желтую точку.

Если бы они смогли отделить Землю от Солнца, они бы все равно увидели только бледно-голубую точку. У них не было бы возможности сфотографировать поверхность нашей планеты и увидеть блуждающую по ней жизнь.

Однако эти инопланетяне могли использовать спектроскопию, взяв свет Земли и разбив его на составляющие цвета, чтобы выяснить, какие газы составляют нашу атмосферу. Среди этих газов они могут надеяться найти «биомаркер», что-то необычное и неожиданное, что можно объяснить только наличием жизни.

На Земле наиболее очевидным признаком существования жизни является обилие свободного кислорода в нашей атмосфере. Почему кислород? Потому что он обладает высокой реакционной способностью и легко соединяется с другими молекулами на поверхности Земли и в наших океанах. Без постоянного пополнения запасов, поступающего от жизни, свободный кислород в атмосфере в значительной степени исчез бы.

Биомаркеры

Но все не так просто. Жизнь существует на Земле не менее 3,5 миллиардов лет. Однако большую часть того времени уровень кислорода был намного ниже, чем сегодня.

И одного кислорода недостаточно, чтобы указать на жизнь; Есть много абиологических процессов, которые могут вносить кислород в атмосферу планеты.

Концентрация кислорода в атмосфере Земли за последний миллиард лет. Для справки пунктирная красная линия показывает текущую концентрацию 21%. Викимедиа

Например, ультрафиолетовый свет может производить большое количество кислорода в атмосфере мира, покрытого водой, даже если он лишен жизни.

В результате один газ не является биомаркером. Вместо этого мы должны искать доказательства химического дисбаланса в атмосфере планеты, чего нельзя объяснить ничем иным, как наличием жизни.

Здесь, на Земле, у нас есть один: наша атмосфера не только богата кислородом, но также содержит значительные следы метана. Хотя обилие кислорода или метана можно легко объяснить на планете без жизни, мы также знаем, что метан и кислород сильно и быстро реагируют друг с другом.

Когда вы соедините их вместе, эта реакция очистит атмосферу от того, что менее распространено. Таким образом, чтобы поддерживать количество метана в нашей богатой кислородом атмосфере, вам нужен огромный источник метана, восполняющий его против разрушающего воздействия кислорода. Наиболее вероятное объяснение - жизнь.

Наблюдение за атмосферой экзопланет

Если мы найдем экзопланету, достаточно похожую на нашу, есть несколько способов изучения ее атмосферы в поисках биомаркеров.

Когда планета проходит прямо между нами и своей звездой, небольшая часть света звезды проходит через атмосферу планеты на своем пути к Земле. Если бы мы могли увеличить достаточно далеко, мы бы фактически увидели атмосферу планеты как полупрозрачное кольцо, окружающее темное пятно, которое отмечает тело планеты.

Сколько звездного света проходит через это кольцо, дает нам представление о плотности и составе атмосферы. Мы получаем «спектр пропускания», который представляет собой спектр поглощения планетарной атмосферы, освещенный фоновым светом звезды.

Только сейчас наша технология впервые стала способной собирать и анализировать эти спектры. В результате наша интерпретация по-прежнему сильно ограничена нашими телескопическими возможностями и нашим растущим пониманием планетных атмосфер.

Несмотря на текущие проблемы, методика продолжает успешно развиваться. За последние несколько лет астрономы обнаружили множество различных химических соединений в атмосферах некоторых из самых больших и самых опасных из известных транзитных экзопланет.

Многие экзопланеты могут вообще не иметь атмосферы. НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех

Затмения

Другой подход заключается в наблюдении за планетой и ее звездой, движущимися по орбите друг друга. Цель здесь - собрать одни наблюдения, когда планета видна (но не в пути), а другие - когда она затмевается своей звездой.

Приложив некоторые усилия, астрономы могут вычесть одно наблюдение из другого, эффективно нейтрализуя преобладающий вклад света от звезды. После того, как этот свет исчезнет, ​​у нас останется дневной спектр планеты.

[Звезда + Планета] - [Звезда] = [Планета] НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / Р. Hurt (SSC / Caltech)

Будущее

Астрономы постоянно разрабатывают новые методы сбора информации об атмосферах экзопланет. Особый потенциал, особенно для поиска планет, подобных нашей, проявляется в использовании поляризованного света.

Большая часть света, который мы получаем от планет, отражается от звезды-хозяина. Процесс отражения приносит с собой тонкую пользу - отраженный свет приобретает определенную степень поляризации. Разные поверхности дают разные уровни поляризации, и эта поляризация может быть ключом к обнаружению первых океанов за пределами Солнечной системы.

Вращая поляризационный фильтр, мы можем блокировать свет определенной поляризации. Вот так поляризованные солнцезащитные очки убирают блики от луж и океана в солнечный день. Викимедиа, CC BY-SA

Эти методы все еще сильно ограничены двумя факторами: относительной слабостью экзопланет и их близостью к своей родительской звезде. Таким образом, продолжающаяся история экзопланетной науки в значительной степени сосредоточена на преодолении этих проблем, связанных с наблюдениями.

В дальнейшем достижения в технологиях и телескопы следующего поколения могут позволить увидеть свет планеты, похожей на Землю. В этот момент задача становится (немного) проще, отчасти потому, что планету можно наблюдать гораздо дольше, чем просто полагаться на наблюдения за затмениями / транзитом.

Но даже тогда спектроскопия будет правильным решением; планеты по-прежнему будут просто бледно-голубыми точками.

Что мы видели до сих пор

Экзопланеты, которые мы обнаружили на сегодняшний день, крайне неприветливы для жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Ни одна из изученных до сих пор планет не была бы пригодна для обитания даже самых крайних экстремофилов.

Планеты, атмосферы которых мы изучали, в основном являются «горячими юпитерами», планетами-гигантами, вращающимися в опасной близости от своих звезд. Когда они скользят по поверхности своего хозяина, они кружатся с периодами всего в несколько дней, производя транзиты и затмения на каждой орбите.

Из-за огромного количества энергии, которую они получают от своих хозяев, многие из этих «горячих юпитеров» огромны и раздуваются далеко за пределы самой большой планеты нашей солнечной системы. Такой размер, такая высокая температура и их скорость делают их самыми легкими целями для наших наблюдений.

Но по мере того, как наша технология улучшалась, благодаря кропотливым усилиям стало возможным наблюдать за некоторыми меньшими планетами, известными как «суперземли».

Атмосферы далеких планет…

У горячего Юпитера HD 189733 одна из наиболее изученных планетных атмосфер за пределами Солнечной системы.

Художественный оттиск раскаленного голубого мрамора, HD 189733 b. НАСА, ЕКА, М. Корнмессер

Наблюдения космического телескопа Хаббла в 2013 году позволяют предположить, что это темно-синий мир с плотной атмосферой из силикатного пара. Другие исследования показали, что его атмосфера содержит значительное количество водяного пара и углекислого газа.

В целом, однако, это, похоже, богатый водородом газовый гигант, такой как Юпитер, хотя и перегретый, с верхней границей облаков, превышающей 1000 градусов. Под облачным деридом лежит широко распространенный слой пыли, состоящий из силикатов и солевых соединений металлов.

Молодые планеты-гиганты в системе HR8799, похоже, имеют богатую водородом, но сложную атмосферу с такими соединениями, как метан, окись углерода и вода. Скорее всего, они являются более крупными, молодыми и горячими версиями наших собственных планет-гигантов - со своими уникальными тонкостями.

Прямое изображение четырех планет, вращающихся вокруг звезды HR 8799. Бен Цукерман

Для суперземли GJ1214b урок состоит в том, чтобы делать выводы осторожно. Ранние предположения о том, что это может быть «водный мир» или иметь безоблачную водородную атмосферу, с тех пор были заменены моделями, показывающими дымку углеводородных соединений (как на Титане) или крупинок калиевой соли или сульфида цинка.

В то время как поиск планет земного типа продолжается с использованием наземных и космических телескопов, ученые-экзопланетисты с нетерпением ждут запуска космического телескопа Джеймса Уэбба JWST.

Этот огромный телескоп, запуск которого запланирован примерно на октябрь 2018 года, может означать истинное начало захватывающих поисков далеких атмосферных биомаркеров и экзопланетной жизни.

Денис Парфенов Автор статей

Постоянный автор и редактор новостных статей, посвященных гемблингу и спорту, фанат казино и карточных игр, независимый обозреватель спортивых мероприятий.