Если мы когда-нибудь найдем жизнь в других мирах, это вряд ли будет как в кино: четкий и ясный сигнал из космоса. Но как тогда понять, что мы не одни, и насколько это вообще реально? «Хайтек» рассказывает главное о новом исследовании.
Конечно, возможно, что инопланетная цивилизация специально отправляет нам радиосообщение, и оно вот-вот долетит до Земли. Но более вероятен другой сценарий. Скорее всего, используя такие мощные телескопы, как «Джеймс Уэбб», астрономы найдут какую-то биологическую стгнатуру в атмосфере экзопланеты, например, кислород или хлорофилл. Но, как показывает недавнее исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, это может быть сложнее, чем мы думали.
Есть ли надежда?
Ученые считают, что да. Астрономы уже могут напрямую визуализировать некоторые экзопланеты и обнаружили молекулы воды в их атмосфере. Однако все планеты, которые ученые непосредственно наблюдали, являются газовыми гигантами. Пока исследователи не могут представить планеты размером с Землю в обитаемой зоне звезды, но есть «трюк», который поможет изучить их атмосферы.
В чем уловка
Большинство планет, которые обнаружили ученые, найдены транзитным методом. Когда планета проходит перед звездой, она затемняется, что помогает астрономам находить другие миры. Но, пока планета находится перед звездой, часть ее света проходит через атмосферу планеты, прежде чем достичь Земли. Наблюдая спектр звезды во время планетарного транзита, можно измерить, какой свет поглощает атмосфера. По линиям поглощения ученые могут определить состав атмосферы планеты.
Это небольшой эффект; достаточно ли его, чтобы помочь астрономам искать жизнь на других планетах? Именно на этот вопрос попытались ответить авторы нового исследования.
Новое исследование
Первое, что поняли ученые, — для такого эксперимента им не подойдут наземные телескопы. Поэтому ученые сосредоточились на моделировании обсерваторий, которые появятся в относительно ближайшем будущем. Эти чрезвычайно большие телескопы будут оснащены зеркалами размером 10 и более метров, возможно, до 50–100 м.
Хронология наблюдения кислорода на близлежащих экзопланетах. Авторы и права: Харград-Ульман и др.
И, хотя у этих телескопов должна быть возможность обнаруживать все виды молекул в атмосфере планеты, исследователи сосредоточились на кислороде. Он нестабилен в атмосфере, потому что сильно реагирует с другими материалами. Но если мы обнаружим кислород в атмосфере экзопланеты, то это хороший показатель того, что на какой-то экзопланете все-таки может быть жизнь.
Новости — хорошая и плохая
Хорошая новость заключается в том, что эти будущие большие телескопы смогут наблюдать за кислородом в экзопланетарной атмосфере. Да, конечно, атмосфера должна быть достаточно прозрачной и плотной, но это возможно.
Но есть и плохая новость — астрономам придется потратить немало времени, чтобы отделить сигнал от шума. Даже эти телескопы будущего будут захватывать лишь несколько пикселей света от звезды, а наблюдения за атмосферой будут происходить только во время транзита планеты. А, значит, чтобы найти сигнал в шуме, астрономам придется наблюдать несколько транзитов; возможно, сотни.
Проверка гипотезы на «соседе»
В качестве примера ученые рассмотрели планетарную систему TRAPPIST-1. Она находится примерно в 40 световых годах от Земли. В ее составе — семь планет размером примерно с Землю. Четыре из них вращаются в обитаемой зоне звезды.
Сравнение размеров планет системы TRAPPIST-1. Предоставлено: НАСА/R. Hurt/T. Pyle
Обитаемая зона — условная область в космосе, определенная из расчета, что условия на поверхности находящихся в ней планет будут близки к условиям на Земле и будут обеспечивать существование воды в жидкой фазе.
Что в итоге?
Поскольку звезда TRAPPIST-1 — красный карлик, обитаемая зона находится довольно близко к звезде, а период обращения потенциально обитаемых миров имеет от 4 до 12 дней. Если предположить, что эти планеты имеют атмосферу, подобную земной, с большим количеством свободного кислорода, потребуются тысячи транзитов, чтобы получить положительный результат. При пороге достоверности в три сигмы для подтверждения наличия атмосферного кислорода потребуется от 16 до 55 лет наблюдений, и это с использованием телескопов, которые еще не построены.
При статистических оценках широко применяют правило трех сигм: отклонение значения нормально распределенной случайной величины X от ее математического ожидания М(х) не превосходит утроенного среднеквадратического отклонения σ с вероятностью около 0,9973.
Читать далее:
Найден самый старый кириллический текст из когда-либо найденных
«Уэбб» нашел следы невероятно огромных звезд: они погибли на заре Вселенной
Странные звуки зафиксировали в стратосфере Земли: как ученые пытаются понять их природу
