JWST показала, что может обнаруживать следы жизни на экзопланетах

компоненты жизни распространился по всей вселенной. Хотя Земля — единственное известное место во Вселенной, где существует жизнь, открытие внеземной жизни Главная цель Из современная астрономия И планетарная наука.

Мы два ученых, которые изучают внешние планеты И астробиология. Во многом благодаря телескопам следующего поколения, таким как Джеймс Уэбб, такие исследователи, как мы, скоро смогут измерять химический состав атмосфер планет вокруг других звезд. Будем надеяться, что на одной или нескольких из этих планет останется химический отпечаток жизни.

Есть несколько известных экзопланет в обитаемых зонах — орбиты не слишком близки к кипящей водяной звезде, но недалеко от замерзшей планеты — показаны зеленым цветом как для Солнечной системы, так и для звездной системы Kepler-186 с планетами, обозначенными b, c, d. , е, И. Изображение предоставлено: НАСА Эймс/Институт SETI/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Обитаемые внешние планеты

жизнь Может существовать в Солнечной системе Там, где есть жидкая вода — например, в водоносных горизонтах на Марсе или в океанах спутника Юпитера Европы. Однако поиск жизни в этих местах очень сложен, так как туда трудно добраться, а для обнаружения жизни требуется отправить зонд для возврата физических образцов.

Многие астрономы считают, что существует файл Хорошие шансы на жизнь на планетах, вращающихся вокруг других звездИ это может быть место Жизнь будет найдена первой.

Теоретические расчеты говорят о том, что есть что-то близкое 300 миллионов потенциально обитаемых планет В Млечном Пути один и Множество обитаемых планет размером с Землю Всего в 30 световых годах от Земли — по сути, соседи человечества по галактике. До сих пор астрономы Откройте для себя более 5000 экзопланетв том числе сотни потенциально обитаемых, используя косвенные методы который измеряет, как планета влияет на ближайшую к ней звезду. Эти измерения могут предоставить астрономам информацию о массе и размере экзопланеты, но не более того.

Каждый материал поглощает определенные длины волн света, как показано на этой диаграмме, изображающей длины волн света, легко поглощаемые различными типами хлорофилла. Изображение предоставлено: Daniele Puglisi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Ищем био подписи

Чтобы обнаружить жизнь на далекой планете, астробиологи изучат существующий звездный свет. Взаимодействуйте с поверхностью или атмосферой планеты. Если атмосфера или поверхность изменены жизнью, свет может нести подсказку, называемую «биосигнатурой».

READ  Данные Хаббла показывают, что происходит «что-то странное»

В течение первой половины своего существования Земля имела атмосферу, лишенную кислорода, хотя на ней существовала простая одноклеточная жизнь. Жизненный след Земли в эту раннюю эпоху был очень слабым. Это внезапно изменилось 2,4 миллиарда лет назад Когда появилось новое семейство водорослей. Водоросли использовали фотосинтез, производящий свободный кислород — кислород, химически не связанный ни с каким другим элементом. С того времени насыщенная кислородом атмосфера Земли оставляла сильный и легко обнаруживаемый жизненный отпечаток на проходящем через нее свете.

Когда свет отражается от поверхности материала или проходит через газ, определенные длины волн с большей вероятностью останутся в газе или на поверхности материала, чем другие. Это выборочное соответствие длин волн света является причиной разного цвета объектов. Листья зеленые, потому что хлорофилл особенно хорошо поглощает свет в красных и синих длинах волн. Когда свет падает на бумагу, красные и синие волны поглощаются, и в ваши глаза попадает в основном зеленый свет.

Характер потери света определяется специфическим составом материала, с которым взаимодействует свет. По этой причине астрономы могут узнать что-то о составе атмосферы или поверхности экзопланеты, измерив определенный цвет света, исходящего от планеты.

Этот метод можно использовать для определения присутствия определенных атмосферных газов, связанных с жизнью, таких как кислород или метан, поскольку эти газы оставляют очень специфические световые сигналы. Его также можно использовать для обнаружения странных цветов на поверхности планеты. На Земле, например, хлорофилл растений и другие пигменты и водоросли, используемые в фотосинтезе, используют свет с определенной длиной волны. Эти красители Отличительная цветопередача Его можно обнаружить с помощью чувствительной инфракрасной камеры. Если вы видите этот цвет, отражающийся от поверхности далекой планеты, это, вероятно, указывает на наличие хлорофилла.

READ  Под Австралией обнаружен кусок земной коры возрастом 4 миллиарда лет

Телескопы в космосе и на Земле

Космический телескоп Джеймса Уэбба — первый телескоп, способный обнаруживать химические сигналы от экзопланет, но его возможности ограничены. Изображение предоставлено: НАСА/Викисклад.

Требуется невероятно мощный телескоп, чтобы обнаружить эти тонкие изменения света от потенциально обитаемой экзопланеты. В настоящее время единственным телескопом, способным на такой подвиг, является новый телескоп Космический телескоп Джеймса Уэбба. как есть Начало научной деятельности В июле 2022 года Джеймс Уэбб провел милое чтение Газовый гигант экзопланеты WASP-96b. Спектр показал наличие воды и облаков, но вряд ли на большой горячей планете, такой как WASP-96b, может быть жизнь.

Однако эти ранние данные показывают, что Джеймс Уэбб способен обнаруживать слабые химические сигналы в свете экзопланет. В ближайшие месяцы Уэбб должна была повернуть свои зеркала в сторону ТРАППИСТ-1епотенциально обитаемая планета размером с Землю всего в 39 световых годах от Земли.

Уэбб может искать биометрические отпечатки пальцев, изучая и фотографируя планеты, когда они проходят перед своими звездами. Звездный свет, проходящий через атмосферу планеты. Но Уэбб не был предназначен для поиска жизни, поэтому телескоп способен исследовать лишь несколько ближайших потенциально обитаемых миров. Он также может обнаруживать изменения, внесенные в Уровни углекислого газа, метана и водяного пара в атмосфере. Хотя определенные комбинации этих газов Это может означать жизньУэбб не может обнаружить присутствие несвязанного кислорода, что является самым сильным признаком жизни.

Новаторские концепции будущих космических телескопов, и даже более мощные, включают планы по блокированию яркого света родительской звезды Земли для обнаружения звездного света, отраженного от планеты. Эта идея похожа на использование вашей руки, чтобы блокировать солнечный свет, чтобы лучше видеть что-то на расстоянии. Будущие космические телескопы могли бы использовать для этого небольшие внутренние маски или большой космический корабль, похожий на парашют. Как только звездный свет заблокирован, гораздо легче изучать свет, отражающийся от планеты.

READ  Первая частная команда астронавтов, отправившаяся на Международную космическую станцию ​​на рейсе SpaceX | Пустота

Также в настоящее время строятся три массивных наземных телескопа, которые смогут искать биометрические отпечатки пальцев: Гигантский Магелланов Телескоп, Тридцатиметровый телескоп и европейский очень большой телескоп. Каждый из них намного мощнее, чем телескопы на Земле, и, хотя им мешает земная атмосфера, искажающая звездный свет, эти телескопы могут исследовать атмосферы ближайших миров в поисках кислорода.

Животные, в том числе коровы, производят метан, как и многие геологические процессы. Изображение предоставлено: Jernej Furman/Wikimedia Commons, СС BY

Это биология или геология?

Даже используя самые мощные телескопы в ближайшие десятилетия, астробиологи смогут обнаруживать только мощные биосигнатуры, создаваемые мирами, полностью измененными жизнью.

К сожалению, большая часть газов, выделяемых земной жизнью, также может производиться в результате небиологических процессов — коровы и вулканы выделяют метан. Фотосинтез производит кислород, но солнечный свет также делает это, когда расщепляет молекулы воды на кислород и водород. там Хороший шанс для астрономов обнаружить некоторые ложные срабатывания При поиске далекой жизни. Чтобы исключить ложные срабатывания, астрономам нужно будет достаточно хорошо изучить интересную планету, чтобы понять, так ли это на самом деле. Геологические или атмосферные процессы могут имитировать биосигнатуру.

Следующее поколение исследований экзопланет может превзойти уровень Необычные доказательства Нужно доказать существование жизни. Первый выпуск данных с космического телескопа Джеймса Уэбба дает нам представление о захватывающем прогрессе, который грядет в ближайшее время.Беседа

Крис ЭмбиЗаслуженный профессор астрономии университета, Университет Аризоны И Даниэль АбайПрофессор астрономии и планетарных наук, Университет Аризоны

Эта статья была переиздана с Беседа Под лицензией Creative Commons. Читать оригинальная статья.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.