Телескоп Уэбба будет искать там признаки жизни

В этом месяце начнется новая глава в поисках внеземной жизни, когда самый мощный из когда-либо построенных космических телескопов начнет шпионить за планетами, вращающимися вокруг других звезд. Астрономы надеются, что космический телескоп Джеймса Уэбба покажет, есть ли у некоторых из этих планет атмосфера, которая может поддерживать жизнь.

Определить атмосферу в другой солнечной системе было бы достаточно круто. Но есть шанс, хотя и небольшой, что одна из этих атмосфер предлагает то, что известно как биосигнатура: отсылка к самой жизни.

«Я думаю, что мы сможем найти планеты, которые, по нашему мнению, будут интересны — вы знаете, хорошие перспективы для жизни», — сказала Меган Мэнсфилд, астроном из Аризонского университета. «Но мы не обязательно сможем сразу идентифицировать жизнь».

Пока что Земля остается единственной планетой во Вселенной, где, как известно, существует жизнь. Ученые отправляли зонды на Марс почти 60 лет, но до сих пор не нашли Марс. Но вполне возможно, что жизнь скрывается под поверхностью красной планеты или ждет своего открытия на спутнике Юпитера или Сатурна. Некоторые ученые выражали надежду на это. ВенераНесмотря на палящую атмосферу облаков двуокиси серы, она может быть домом для детей Венеры.

Даже если Земля окажется единственной планетой в нашей Солнечной системе, на которой есть жизнь, многие другие солнечные системы во Вселенной содержат так называемые экзопланеты.

В 1995 году швейцарские астрономы открыли первую экзопланету, вращающуюся вокруг солнцеподобной звезды. Экзопланета, известная как 51 Pegasi b, оказывается бесперспективным домом для жизни — пухлый газовый гигант больше Юпитера и нагревается до 1800 градусов по Фаренгейту.

В последующие годы ученые обнаружили Более 5000 других экзопланет. Некоторые из них очень похожи на Землю — примерно такого же размера, состоят из камня, а не из газа, и вращаются в «Зоне Златовласки» вокруг своей звезды, не слишком близко к готовке, но и не настолько далеко, чтобы замерзнуть.

К сожалению, относительно небольшой размер этих экзопланет до сих пор чрезвычайно затруднял их изучение. Космический телескоп Джеймса Уэбба, запущенный в прошлое Рождество, изменит это положение, действуя как увеличительное стекло, позволяющее астрономам более внимательно рассмотреть эти миры.

С момента запуска с космодрома Куру во Французской Гвиане телескоп я путешествовал В миллионах миль от Земли он выходит на свою орбиту вокруг Солнца. Там щит защищает его 21-футовое зеркало от любого тепла или света солнца или земли. В этой глубокой тьме телескоп может обнаруживать слабые, далекие лучи света, в том числе те, которые могут раскрыть новые подробности о далеких планетах.

Доктор Мэнсфилд сказал, что космический телескоп «является первой крупной космической обсерваторией, в конструкции которой учитываются исследования атмосфер экзопланет».

Инженеры НАСА начали фотографировать ряд объектов с помощью телескопа Уэбба в середине июня и опубликуют свои первые изображения 12 июля.

Экзопланеты будут в этой первой партии изображений, сказал Эрик Смит, главный научный сотрудник программы. Поскольку телескоп проводил наблюдения за экзопланетами относительно короткое время, доктор Смит посчитал эти первые изображения «быстрым и грязным» взглядом на возможности телескопа.

Эти быстрые взгляды последуют за серией гораздо более длительных наблюдений, начиная с июля, и позволят получить более четкое представление об экзопланетах.

Несколько групп астрономов планируют изучить семь планет вращается вокруг звезды Trappist-1. Предыдущие наблюдения показали, что три планеты занимают обитаемую зону.

«Это идеальное место для поиска следов жизни за пределами Солнечной системы», — сказала Оливия Лим, аспирантка Монреальского университета, которая будет наблюдать за планетами Trappist-1 примерно 4 июля.

Поскольку Траппист-1 — маленькая холодная звезда, ее обитаемая зона ближе, чем в нашей Солнечной системе. В результате его потенциально обитаемые планеты вращаются на близком расстоянии, и для обращения вокруг звезды требуется всего несколько дней. Каждый раз, когда планеты проходят перед Trappist-1, ученые смогут ответить на простой, но важный вопрос: есть ли у какой-либо из них атмосфера?

«Если бы в нем не было воздуха, он не был бы пригоден для жизни, даже если бы находился в обитаемом районе», — сказала Николь Льюис, астроном из Корнельского университета.

Доктор Льюис и другие астрономы не удивились бы, если бы не обнаружили атмосферы, окружающие планеты Trappist-1. Даже если у планет была атмосфера, когда они сформировались, звезда могла давным-давно сдуть ее с помощью ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

«Возможно, они могут лишить планету всей атмосферы еще до того, как у нее появится шанс начать создавать жизнь», — сказал доктор Мэнсфилд. «Это первый вопрос, на который мы пытаемся ответить здесь: могут ли эти планеты иметь атмосферу, достаточно длинную, чтобы на ней могла развиваться жизнь».

Планета, проходящая перед Trappist-1, создаст небольшую тень, но тень будет слишком мала, чтобы космический телескоп мог ее уловить. Вместо этого телескоп обнаружит небольшое затемнение света звезды.

«Это все равно, что смотреть на солнечное затмение с закрытыми глазами», — сказал Джейкоб Люстиг-Джейгер, астроном, стажировавшийся в Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса. «Возможно, у вас есть какое-то ощущение, что свет потускнел».

Планета с атмосферой затемняет звезду за ней не так, как голая планета. Часть света звезды будет проходить прямо через атмосферу, но газы будут поглощать свет на определенных длинах волн. Если бы астрономы смотрели только на свет звезд на этих длинах волн, планета еще больше затмила бы Траппист-1.

Телескоп отправит эти наблюдения Trappist-1 обратно на Землю. А затем вы получаете электронное письмо типа: «Эй, ваши данные доступны», — сказал доктор Мэнсфилд.

Но свет от Trappist-1 будет настолько слабым, что потребуется время, чтобы понять его смысл. «Ваш глаз привык иметь дело с миллионами фотонов в секунду», — сказал доктор Смит. «Но эти телескопы просто собирают несколько фотонов в секунду».

Прежде чем доктор Мэнсфилд или ее коллеги-астрономы смогут проанализировать экзопланеты, проходящие перед Trappist-1, им сначала придется отличить их от крошечных колебаний, создаваемых специальным механизмом телескопа.

«Большая часть работы, которую я на самом деле делаю, заключается в том, чтобы убедиться, что мы тщательно исправляем любые странные вещи, которые делает телескоп, чтобы мы могли видеть эти очень слабые сигналы», — сказал доктор Мэнсфилд.

В конце этих усилий доктор Мэнсфилд и ее коллеги могут обнаружить атмосферу вокруг Trappist-1. Но сам по себе этот результат не раскроет природу атмосферы. Он может быть богат азотом и кислородом, как на Земле, или похож на ядовитый суп из углекислого газа и серной кислоты на Венере. Или это может быть комбинация, которую ученые никогда раньше не видели.

«Мы понятия не имеем, из чего состоят эти атмосферы», — сказал Александр Ратке, астроном из Технического университета Дании. «У нас есть идеи, симуляции и все такое, но на самом деле у нас нет никакой идеи. Мы должны пойти и посмотреть».

Космический телескоп Джеймса Уэбба, иногда называемый JWST, может оказаться достаточно мощным, чтобы определить конкретные компоненты атмосфер экзопланет, потому что каждый тип частиц поглощает свет в разном диапазоне длин волн.

Но эти открытия будут зависеть от погоды на внешних планетах. Яркое отражающее покрывало из облаков может заблокировать попадание любого звездного света в атмосферу экзопланеты, уничтожив любую попытку найти космический воздух.

«Очень трудно отличить атмосферу с облаками от атмосферы без атмосферы», — сказал доктор Ратке.

Если погода позволяет, астрономы особенно заинтересованы в том, чтобы выяснить, есть ли вода в атмосфере экзопланет. По крайней мере, на Земле вода является необходимым условием для биологии. «Мы думаем, что это, вероятно, будет хорошей отправной точкой для поиска жизни», — сказал доктор Мэнсфилд.

Но водянистая атмосфера не обязательно означает, что на экзопланете есть жизнь. Чтобы быть уверенным, что планета жива, ученым необходимо обнаружить биомаркер, молекулу или группу из нескольких молекул, которые характерно образуются живыми организмами.

Ученые до сих пор спорят о том, что такое надежная биосигнатура. Атмосфера Земли уникальна для нашей Солнечной системы тем, что содержит много кислорода, в основном продукта растений и водорослей. Но кислород можно получить и без помощи жизни, когда молекулы воды в воздухе расщепляются. Точно так же метан может выделяться живыми микробами, а также вулканами.

Возможно, существует некий баланс газов, способный дать четкий жизненный отпечаток, который не может поддерживаться без помощи жизни.

«Нам нужны очень благоприятные сценарии, чтобы найти эти жизненно важные отпечатки пальцев», — сказал доктор Ратке. «Я не говорю, что это невозможно. Я просто думаю, что это надумано. Нам должно очень повезти».

Обнаружение такого баланса потребует, чтобы телескоп Уэбба наблюдал за планетой, которая часто проходит перед Trappist-1, сказал Джошуа Криссансен-Тоттон, планетолог из Калифорнийского университета в Санта-Круз.

«Если бы в ближайшие пять лет кто-нибудь выступил и сказал: «Да, мы нашли жизнь с JWST», я бы очень скептически отнесся к этому утверждению», — сказал доктор Крисансен-Тоттон.

Возможно, космический телескоп Джеймса Уэбба просто не сможет найти биометрические данные. Этой миссии, возможно, придется ждать следующего поколения космических телескопов более десяти лет спустя. Эти экзопланеты будут изучать так же, как люди смотрят на Марс или Венеру в ночном небе: наблюдая за отражением на них звездного света на черном фоне космоса, а не за тем, как они проходят перед звездой.

«В основном мы заставим работать очень важный фундамент для будущих телескопов», — предсказал доктор Ратке. «Я был бы очень удивлен, если бы JWST внедрила биометрическое обнаружение отпечатков пальцев, но я надеюсь, что это будет исправлено. Я имею в виду, что в основном для этого я и работаю».