Можно ли сегодня рассматривать открытие жизни на некоторых экзопланетах? Некоторые размышления на тему планеты и ее атмосферы (продолжительность блога 5 мин.)
Экзопланеты
Не так давно. Некоторые из нас до сих пор помнят время, когда мы не знали, были ли во Вселенной какие-либо планеты, которые вращались бы вокруг своих центральных звезд, как Земля вращается вокруг Солнца.
Сегодня мы знаем ответ на этот вопрос. За последние 25 лет ученые открыли несколько тысяч экзопланет.
Первоначально это удавалось только с относительно крупными экземплярами, похожими на наш Юпитер. Из-за своей гравитации планеты-гиганты немного меняют орбиту своей звезды. Однако с развитием современных телескопов были обнаружены объекты гораздо меньшего размера, сравнимые с Землей, или даже объекты меньшего размера.
Однако возник другой вопрос: есть ли у этих экзопланет атмосфера? При этом ученых интересует не только газовая оболочка планеты как таковая - их больше интересует другое. Можно ли по состоянию атмосферы планеты сделать вывод, есть ли на ее поверхности жизнь?
Негостеприимная Земля - яркий пример сложности ситуации.
На первый взгляд может показаться, что если мы найдем кислород в атмосфере планеты, вполне вероятно, что на ней тоже будет жизнь. Ведь кислород - необходимость на Земле, без которой не может обойтись большое количество организмов.
И наоборот, многие организмы (растения, планктон) производят кислород. Кислород настолько химически активен, что без постоянного обновления и производства живыми организмами он «исчез бы» из нашей атмосферы всего за прибл. 300 лет. Это связано с тем, что кислород участвует в большом количестве химических реакций, поэтому со временем он просто соединяется с различными химическими соединениями и связывается с их структурой.
К сожалению, не все так просто.
Примером может служить даже сама Земля - пока единственная планета с доказанной биологической жизнью. В первой половине его существования - в то время, когда первые микроорганизмы уже жили на Земле - в его атмосфере не было ничего, что указывало бы на то, что на планете могла быть жизнь! Хотя микроорганизмы могут производить кислород, он растворяется в воде океанов и способствует насыщению кислородом растворенных в ней элементов. Он не попал в атмосферу до тех пор, пока «емкость» океанов не была исчерпана.
Таким образом, если бы космическая цивилизация интересовалась нашей планетой и ее атмосферой в то время, она обязательно обнаружила бы, что это не указывает на существование жизни (в том виде, в каком мы ее знаем сегодня). Хотя первобытная жизнь производит множество химических соединений, которые могут четко ее выявить, практически ни одно из них не попадает в атмосферу.
Атмосферы экзопланет
Итак, что мы на самом деле знаем об экзопланетах и их атмосферах?
Ученые первыми обнаружили газовую оболочку планеты HD 208458b. Он вращается вокруг звезды, известной как часть созвездия Пегаса. Это примерно в 159 световых годах от нас.
Космический телескоп Хаббла обнаружил в своей атмосфере в 2002 году натрий. Это не совсем типичный элемент, который можно было бы ожидать от обитаемой планеты - и неудивительно. Это газовый гигант, который даже больше нашего Юпитера. Кроме того, он вращается вокруг своей звезды на относительно небольшом расстоянии. Это нагревает атмосферу до температуры около 1000 ° C.
Позже ученые также обнаружили калий, железо, титан или водяной пар в упаковке подобных планет. Хотя водяной пар выглядит многообещающе - он ничего не говорит о жизни на планете. Такие планеты, как Юпитер или даже «горячий Юпитер» (те, которые находятся очень близко к своей центральной звезде), непригодны для жизни в том виде, в каком мы знаем ее с Земли.
К сожалению, среди атмосфер, которые ученые смогли исследовать до сих пор, имеется большое количество таких гигантских экзопланет. Причина очевидна большая планета также имеет большую атмосферу, поэтому телескоп будет легче ее заметить и лучше уловить сигнал, раскрывающий ее состав.
Обнаружение атмосферного затмения
Если мы уже знаем о существовании планеты, это еще не выиграно. Это должно помочь случайно.
Когда планета находится в таком удачном положении, что, вращаясь вокруг звезды, с нашей точки зрения, она частично проходит через ее диск, свет звезды также проходит через атмосферу планеты во время «затмения». Затем по изменениям света, захваченного телескопом, можно сделать вывод о составе газовой оболочки планеты. Это, конечно, лучше работает на гигантской планете с большой атмосферой и намного сложнее на маленькой планете.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) - новая надежда на обнаружение атмосфер экзопланет
Все мы знаем прекрасные изображения, отправленные на Землю космическим телескопом Хаббла. Будь то уникальные изображения планетарных туманностей или далеких галактик - его работы известны. Но даже он недостаточно чувствителен, чтобы наблюдать атмосферы экзопланет. Его преемник мог изменить ситуацию.
Ученые планируют запустить в ближний космос другую, лучшую версию JWST (космического телескопа Джеймса Уэбба), которая обеспечит гораздо лучшее разрешение. После нескольких задержек он должен начаться примерно через год. Там, где Хаббл захватывает изображение, например, с десятью пикселями, новый телескоп сможет выдать несколько сотен пикселей. Это, конечно, позволяет исследовать более слабые объекты с меньшей массой и более тонкой атмосферой. По логике вещей, это будут экзопланеты, больше похожие на Землю, чем на Юпитер.
Небиологические источники
Даже если нам посчастливится обнаружить кислород или метан в атмосфере чужой планеты - нельзя с уверенностью подтвердить, что на ней должна быть жизнь. Это правда, что некоторые химические соединения указывают на присутствие жизни, но может быть длинный список небиологических причин их возникновения. Так обстоит дело, например, на Марсе, где следы метана можно объяснить разложением определенных минералов.
И напоследок - одна хорошая новость
Так есть ли у нас шанс узнать, есть ли жизнь на наблюдаемой планете, просто наблюдая за атмосферой? Какой бы сложной ни была ситуация, она кажется такой.
Ученые будут наблюдать не только отдельные химические элементы и их «отпечатки» в свете, улавливаемом телескопом, но и целые группы соединений. Если определенные соединения находятся в определенной комбинации, гораздо более вероятно, что они не только являются результатом небиологических химических процессов, но предполагают, что на нашей планете есть жизнь, которая участвует в их производстве.
Если мы начнем с жизни, какой мы ее знаем на Земле, мы можем рассмотреть, например, комбинацию водяного пара, озона, кислорода и метана, которые одновременно присутствуют в атмосфере. Такая смесь будет указывать на то, что на планете происходит фотосинтез.
Тогда лучший анализ может определить, находятся ли химические соединения в атмосфере в химическом равновесии. В противном случае это может быть явным признаком того, что некоторые (не только химически, но и биологически) активные процессы нарушают этот баланс.
