В ближайшее время будет запущен сверхмощный космический телескоп Джеймса Уэбба. Как только он развернется и займет позицию в точке Лагранжа Земля-Солнце 2, он начнет работать. Одна из его задач - исследовать атмосферу экзопланет и искать биосигналы. Все должно быть просто, верно? Просто сканируйте атмосферу, пока не найдете кислород, затем закройте ноутбук и отправляйтесь в паб: фанфары, конфетти, Нобелевская премия.
На самом деле, наличие кислорода не обязательно надежно. Это метан, который может послать наиболее сильный сигнал, который указывает на присутствие жизни.
Кислород может показаться очевидной вещью, которую нужно искать в атмосфере планеты при поиске признаков жизни, но это не так. Его наличие или отсутствие не является надежным показателем. История Земли ясно показывает это.
Современная атмосфера Земли содержит около 21% кислорода, и мы знаем, что большая его часть поступает от организмов в океанах планеты. Но есть одна загвоздка: как только цианобактерии на древней Земле начали производить кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, все равно потребовалось ужасно много времени, прежде чем атмосфера стала насыщаться кислородом, возможно, миллиард лет.
Что, если бы мы исследовали экзопланету, не нашли кислорода, а затем двинулись дальше, не понимая, что там, внизу, есть жизнь, в начале насыщения кислородом этого мира? А что, если мы опоздали на миллиард лет и жизнь еще не насыщает кислородом атмосферу экзопланеты? Скалистые планеты имеют много поглотителей кислорода, и биологически произведенный кислород не будет найден свободным в атмосфере, пока эти поглотители не станут насыщенными.
Именно это произошло на Земле, и именно это, как мы ожидаем, может произойти в других скалистых мирах. На Земле геологическая активность выбрасывает магму из мантии на кору. Большая часть материала мантии, как, например, железо, связывается с атмосферным кислородом, вытягивая его из атмосферы.
Это одна из причин, по которой планетологи сосредотачиваются на других вещах, таких как метан (CH4). Исследователи изучили потенциал метана для сигнализации биологической активности. Они говорят, что обилие метана в атмосфере планеты вряд ли происходит из вулканов и, скорее всего, имеет биологическое происхождение.
Обнаружение потенциальных биосигналов, таких как метан в атмосфере далеких экзопланет, является сложным делом. Но как только что-то вроде метана обнаружено, вас ждет более сложная работа. Его присутствие должно быть исследовано в контексте самой планеты.
Исследователи биосигналов не сидят сложа руки, ожидая запуска космического телескопа Джеймса Уэбба. Они много думали о том, чтобы обнаружить биосигналы с помощью телескопа. Ученые предположили, что атмосферы планет с обилием метана и углекислого газа в неравновесном состоянии могут быть сильными биосигналами.
Ученые хотели использовать термодинамическую модель, чтобы исследовать, может ли выброс вулканической магмы на земных планетах привести к выбросу CH4 и CO2 в атмосферу. В сущности, они обнаружили, что вулканы вряд ли производят те же количества метана, что и биологические источники. Это не невозможно, просто невероятно.
В основном потому, что водород любит оставаться в магме. H2O хорошо растворим в магме, что ограничивает количество H, которое выходит из газа, и, следовательно, ограничивает количество CH4, присутствующего в атмосфере планеты. Другая причина заключается в том, что сам СН4 требует низкотемпературной магмы для выхода газа, тогда как большая часть земной магмы имеет более высокую температуру.
В тех невероятных случаях, когда вулканизм мог производить большое количество метана, ученые обнаружили, что они также будут производить углекислый газ. Древняя Архейская Земля была гораздо более вулканически активной, чем современная Земля. В течение архейского периода тепловой поток земли был в три раза больше, чем в настоящее время. Согласно исследованиям, он мог произвести в 25 раз больше магмы, чем современная Земля, и гораздо больше метана. Но та же самая деятельность, которая произвела весь этот метан, также произвела бы гораздо больше углекислого газа. Это является обнаруживаемым ложноположительным результатом. Но если обнаружен обильный метан без сопутствующих количеству CO2, то это более надежная биосигнализация.
Ученые говорят, что было бы трудно объяснить обнаружение метана и углекислого газа без обращения к биологическим источникам, по крайней мере, для любых похожих на Землю планет. Они также пришли к выводу, что небольшое или незначительное количество окиси углерода, обнаруженное в атмосфере, усиливает биосигнал CH4 + CO2, потому что “...жизнь легко потребляет атмосферный CO, в то время как сокращение вулканических газов, вероятно, вызывает накопление CO в атмосфере планеты.”
В заключение исследователи предостерегающе отмечают, что вся эта работа основана на том, что мы знаем о Земле и других планетах в нашей собственной Солнечной системе. Неясно, как далеко это знание может быть распространено на тысячи различных экзопланет.
Ставьте 👍 лайк и подписывайтесь на канал. Дальше будет еще больше интересного.