Сами по себе луны оказались сильными кандидатами на развитие жизни, как на своей поверхности, так и внутри, из-за большого разнообразия окружающей среды и условий, в которых они могут находиться.
Уран был первой планетой, которую открыли с помощью телескопа. Открытие произошло в 1781 году, и к тому времени уже были известны Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн и почти дюжина спутников двух последних. Следующей и последней планетой в Солнечной системе, которая была открыта 65 лет спустя, был Нептун.
Нам потребовалось еще 150 лет, чтобы увидеть первую планету, вращающуюся вокруг звезды, отличной от Солнца, в 1995 году: 51 Pegasi B. Ее первооткрыватели Мишель Майор и Дидье Патрик Келоз из Женевского университета (Швейцария) были лауреатами Нобелевской премии. Премия по физике 2019 года. С тех пор каталогизировано более 4000 экзопланет. Но есть ли у этих экзопланет естественные спутники?
На данный момент в нашей Солнечной системе обнаружено 182 луны, но ни одной за ее пределами. Однако все указывает на то, что экзолуны должны существовать. Точно так же, как планеты не уникальны для Солнечной системы, луны тоже не должны быть уникальными. Так почему мы еще ничего не нашли? Где и как их искать? Как экзолуны связаны с обнаружением жизни за пределами Солнечной системы?
Очень ценная информация
Спутники дают очень ценную информацию об истории планетной системы, к которой они принадлежат, и планеты, вокруг которой они вращаются. Они позволяют нам понять такие процессы: как образование планет, их вращение, наклон их оси, дни и ночи, приливы.
Сами по себе луны оказались сильными кандидатами на развитие жизни, как на своей поверхности, так и внутри, из-за большого разнообразия окружающей среды и условий, в которых они могут находиться. Большой интерес, который вызывают экзолуны, благодаря их большому количеству, которое, как мы думаем, существует, заставляет нас думать, что обнаружение первых внесолнечных спутников - лишь вопрос времени. Фактически, уже есть указания на обнаружение нескольких экзолуний.
Были разработаны различные методы обнаружения экзолун. Наиболее перспективные из них основаны на методе транзитов, таком же, как и при обнаружении экзопланет. Эта система состоит из измерения интенсивности света, который мы получаем от звезды. Если планета вращается вокруг звезды, время от времени интенсивность наблюдаемого нами света будет уменьшаться, поскольку планета будет частично затмевать этот свет. Таким образом, если экзолуна вращается вокруг экзопланеты, транзит претерпит небольшие изменения. Если экзолуна находится перед планетой, когда она проходит между наблюдателем и звездой, мы будем наблюдать небольшое уменьшение света звезды непосредственно перед тем, как планета начнет транзит. С другой стороны, если экзолуна находится за планетой, сокращение произойдет позже. И если транзит достаточно медленный и экзолуна сможет совершить половину оборота планеты во время транзита, мы сможем увидеть оба эффекта.
Это теория, потому что на практике изменение интенсивности света может быть потеряно. К счастью, есть и другие косвенные методы обнаружения изменения света.
Наиболее часто используются два. Первый - проанализировать центр масс системы, вокруг которой вращаются планета и спутник. Экзолуния изменяет эту систему и заставляет планету находиться в немного ином положении относительно центра масс.
Второй вариант связан с продолжительностью транзита: медленнее, если планета и луна вращаются в направлении транзита, и быстрее, если они делают это наоборот. В последнем случае скорость укажет на присутствие экзолуны.
Развитие жизни?
Как только мы сможем обнаруживать экзолуны, следующим шагом будет поиск тех, которые обладают наибольшим потенциалом для развития жизни. Условия, существующие в экзолунах, и, следовательно, их способность поддерживать жизнь, определяются процессом их образования. Поскольку мы пока не можем их изучать, мы должны предположить, что их происхождение аналогично происхождению нашей Солнечной системы ... хотя они также могут быть очень разными.
В основном спутники образуются в результате трех процессов. Первым будет тот, который дал начало нашему естественному спутнику: значительный удар по каменистой планете.
Другой вариант - аккреционные диски на газовых гигантах. Это наиболее распространенный процесс формирования луны, по крайней мере, в наших космических окрестностях. Во время формирования Солнечной системы существующие протопланеты (особенно самые большие, газовые гиганты) держали вокруг себя диск из газа и пыли (похожий на кольца Сатурна). Гравитационное притяжение вызвало аккрецию этой пыли очищая свою собственную орбиту и становясь спутниками планеты. Эти теории объясняют образование большинства спутников Юпитера, Урана и Нептуна.
Тритон, луна Нептуна
Есть только одна проблема, и это то, что эти варианты не решают происхождение Тритона, главной луны Нептуна. Тогда возникает третья возможность: события срыва приливов и отливов.
Считается, что Нептун в прошлом «сталкивался» с двойной планетой. Затем приливные силы Нептуна выбросили одно из тел и захватили другое, Тритон, на свою орбиту.
Возможная жизнь вне нашей солнечной системы, происходящая внутри луны, будет связана с существованием подходящих условий для ее развития. Таким образом, нам не следует искать жизнь в местах, где недостаточно энергии (если масса звезды меньше массы нашего Солнца более чем в 0,2 раза, не ожидается, что она может содержать обитаемые луны). Это привело к созданию так называемой зоны обитаемости. В самом широком смысле, речь идет об областях, в которых температура допускает существование жидкой воды на поверхности небесных тел, которые там находятся. Однако мы не можем исключить возможность существования других форм жизни, которые не основаны на химии углерода, не требуют кислорода для существования или не схожи с любыми другими характеристиками жизни на Земле.
Тем не менее, два требования кажутся важными для возникновения жизни: энергия и молекулы, достаточно сложные, чтобы образовать живые существа. Помимо света, получаемого звездой системы, который будет основным источником энергии для любой экзолуны, планета, вокруг которой она вращается, отражает значительное количество света, получаемого экзолуной. Таким образом, даже когда экзолуна затмевается планетой, она все еще может косвенно получать часть энергии звезды. Приливное потепление также является очень важным источником внутреннего тепла для экзолун. Энергия генерируется деформацией экзолуны из-за гравитационного притяжения планеты, которое изменяется в зависимости от фазы луны. Трение, создаваемое этими деформациями в экзолуне, генерирует энергию в виде тепла, которое может вызвать геологические процессы.
Хотя составляющие молекулы живых существ могут присутствовать на экзолуне с момента ее образования, маловероятно, что они смогут пережить высокие температуры, возникшие во время образования планеты. Следовательно, важно изучать поступление экзогенного материала (то есть материала, поступающего извне планетной системы) через пыль, астероиды и кометы.
В плотных облаках межзвездной среды температуры настолько низкие, что практически любая молекула, кроме водорода и гелия, застывает на поверхности пылинок. Затем образуются ледяные щиты, в которых встречаются простые молекулы, такие как вода, диоксид углерода, метан или аммиак, способные реагировать с энергией ультрафиолетового излучения в окружающей среде. Это увеличивает химическую сложность и способность образовывать молекулы, необходимые для жизни, такие как сахара или аминокислоты. У комет тоже есть ледяные щиты такого рода. Таким образом, прибытие пыли, астероидов и комет обогащает экзолуны сложными органическими молекулами, где при подходящих условиях эти пребиотические молекулы продолжат реагировать и через миллионы лет создавать все более сложные химические структуры способные вызвать появление первых форм жизни, поскольку считается, что жизнь возникла на Земле около 4 миллиардов лет назад. Но это еще не все.
Жизнь внутри
Может случиться так, что внутри экзолуны созданы условия, более благоприятные для жизни. Внешние слои могут действовать как щит от излучения извне, создавая уникальные условия для развития жизни, как это происходит на Титане, самом большом спутнике Сатурна. Под поверхностью находится целый океан жидкой воды, который содержит примерно в 10 раз больше воды, чем во всех океанах Земли вместе взятых.
Срок: 2029 г.
Если на далекой планетной системе есть жизнь, как мы можем ее обнаружить? Если жизнь находится под поверхностью, в настоящий момент у нас нет инструментов, позволяющих ее обнаружить. Поэтому усилия сосредоточены на обнаружении молекул, которые обязательно образуются в результате жизнидеятельности какого-либо живого организма, известных как биомаркеры (то есть маркеры жизни). Мы должны быть в состоянии исследовать атмосферы экзопланет и экзолун, которые мы находим в поисках ключей к разгадке этих молекул.
Однако обеспечить присутствие биомаркеров в небесных объектах, находящихся на расстоянии тысяч световых лет от нас, - непростая задача. Прошло всего 25 лет с тех пор, как мы обнаружили первую экзопланету. Европейское космическое агентство (ESA) со своими миссиями CHEOPS (запущенными в 2019 году и предназначенными для исчерпывающего исследования уже обнаруженных экзопланет), PLATO (запланированными на 2026 год, целью которого будет поиск новых потенциально пригодных для жизни экзопланет) и Ariel (который будет запущен в 2029 году для исчерпывающего изучения атмосфер этих систем) позволит нам сделать гигантский шаг вперед в поисках «внесолнечной» жизни в ближайшие годы. С возрастающим интересом всех космических агентств к покорению космоса, кто знает, до какой степени мы сможем понять явления во Вселенной.
И главный вопрос: какой будет первый экзолунный спутник, который мы откроем? На данный момент лучший кандидат находится на расстоянии около 8000 световых лет от нас, вращаясь вокруг планеты, которая в три раза массивнее Юпитера (то есть почти в тысячу раз больше массы Земли). По размеру он похож на Нептун, и его имя Kepler 1625 bi. Это лучший кандидат на роль первого экзоспутника, обнаруженного человечеством, и его открытие пролило бы новый свет на историю астрономии.