Зондирование атмосферы экзопланеты может выявить характерные признаки жизни 

Зондирование атмосферы экзопланеты может выявить характерные признаки жизни

Возможно, что жизнь скрывается там, на других планетах. Но застряв здесь, на Земле, как мы можем знать наверняка? Хорошее место для начала – это поиск химических соединений в других мирах, которые, как известно, являются ключевыми составляющими жизни, какими мы их знаем.

Обнаружение этих так называемых биосигнатур (любое проявление последствий жизнедеятельности, научно доказывающее существование жизни в прошлом или настоящем), соединений, которые как известно производятся живыми организмами, было бы убедительным доказательством того, что миры могут содержать жизнь. Но искать химикаты в таких далеких мирах и выбирать подходящие соединения, очень сложно.

Профессор Игнас Снеллен из Лейденского университета в Нидерландах совершенствует методы, объединяющие данные крупнейших наземных телескопов с высококонтрастными изображениями, которые могут обнаруживать слабые объекты, такие как планеты. Телескопы используют высокоточную спектроскопию, чтобы исследовать различные длины волн света, которые они обнаруживают из космоса.

«Вы хотите максимально отфильтровать реальный свет звезд, чтобы сделать видимой любую информацию, которую вы можете получить от экзопланеты», - сказал профессор Снеллен.

Исследуя звездный свет, который проникает через атмосферу планеты и достигает нас на Земле, можно определить типы присутствующих в нем газов.

Хотя телескопы еще недостаточно велики, чтобы исследовать спектры планет земного размера, ученые оттачивают свои методы на более крупных экзопланетах, так называемых горячих Юпитерах, которые слишком горячи, чтобы поддерживать жизнь, какой мы ее знаем. Это экзопланеты газовых гигантов, которые вращаются очень близко к своей родительской звезде. На самом деле, настолько близко, что они, подобно нашей Луне, замкнуты, и что экзопланета вращается вокруг своей звезды по постоянной орбите.

Когда одна сторона таких планет всегда светится, а другая - всегда в темноте, светлая сторона становится настолько горячей, что атмосфера может испаряться, создавая поток материи, стекающий с планеты, немного похожий на хвост кометы.

В проекте EXOPLANETBIO профессор Снеллен и его команда впервые использовали высокоточную спектроскопию для подтверждения количества гелия в атмосфере горячего Юпитера с помощью наземных телескопов, которые могут показать, как далеко продвинулся этот процесс.

«Это был прорыв», - сказал он. «Эти виды экзосферных хвостов были известны, но за ними очень трудно наблюдать, потому что единственный способ увидеть их - это обнаружить водород, который не может быть обнаружен в атмосфере Земли, с помощью космического телескопа Хаббла».

«Теперь, с более сильной линией гелия, мы можем сделать это с Земли с помощью телескопов».

Понимание того, может ли горячий Юпитер истекать из его атмосферы, и сколько времени это может занять, может объяснить, как атмосферы всех экзопланет меняются со временем.

«Подобные процессы выброса в атмосферу сейчас не очень важны, но в начале зарождения солнечной системы они были такими, потому что солнце было намного более активной звездой», - сказал профессор Снеллен.

Используя эти новые методы, его команда также смогла добиться очень многих положительных результатов, например, сначала они обнаружили скорость вращения - как быстро вращается планета - и орбитальную скорость экзопланет.

«Частота вращения на горячих Юпитерах, как правило, довольно низкая, так как они, как правило, блокируются приливно», - сказал он.

Это может рассказать нам некоторую информацию о климате и погоде на экзопланете.

«Когда планета вращается быстро, она собразует полосы, подобные Юпитеру. Земля вращается медленнее и имеет несколько полос, но в ней все еще преобладают системы низкого давления. Теперь, если у вас есть горячий Юпитер, который вращается еще медленнее, вы не получите никакой полосчатой структуры. Вы получаете очень разные погодные системы", добавил он.

Он был в состоянии наблюдать ветры высоко в атмосфере таких планет, поскольку энергия от более горячей, вечной дневной стороны вращается к более прохладной ночной стороне.

Профессор Снеллен уверен, что модернизация прибора CRIRES (инфракрасный спектрограф высокого разрешения CRyogen), который будет запущен в следующем году на очень большом телескопе Европейской Южной Обсерватории (ESO) , позволит им находить такие соединения, как метан, на более холодных планетах. Метан может быть компонентом жизни, если он находится на планетах размером с Землю.

«Я рассматриваю это как своего рода игровую площадку. Сейчас мы изучаем методы, которые мы можем когда-нибудь применить к планетам, подобным Земле. Чрезвычайно большой телескоп (ESO) должен быть готов в 2026 году, и с его помощью мы сможем начать исследовать планеты подобные Земле".

Тем не менее, даже если у вас есть хорошие образцы с каменистых планет размером с Землю, как вы узнаете, что соединение действительно является признаком жизни?

«Геология очень хороша в производстве вещей, которые похожи на жизнь, таких как метан», - сказал профессор Кевин Хенг, профессор Университета Берна в Швейцарии.

«Если вы думаете о биосигнатурах, они должны удовлетворять различным условиям. Они не должны быть имитированы геологией, они должны существовать в атмосфере в течение длительных периодов времени, что означает, что они очень стабильны или пополняются каким-либо образом ".

В рамках проекта EXOKLEIN профессор Хенг работает над определением, могут ли такие соединения, такие как метилхлорид и аммиак, достаточно долго сохраняться в экзопланетных атмосферах для изучения путем моделирования небольших планет вокруг карликовых звезд. Это особая проблема для планет размером с Землю, атмосфера которых может меняться со временем.

«Если вы посмотрите на планеты, похожие на Юпитер, то вы увидите, что они похожи на солнце. Они состоят из водорода, и в них есть микроэлементы. На основании различий между планетой и звездой я могу понять, как она сформировалась ", - сказал профессор Хэн.

Но для небольших планет их атмосферы значительно изменились с течением времени благодаря таким процессам, как углеродный цикл.

"Мы потратили последние восемь-десять лет на то, чтобы понять, как использовать климатические модели, разработанные для Земли (на экзопланетах), и как их настраивать и модифицировать".

Эти модели будут использоваться для потенциального объяснения данных, собранных, когда приборы способны исследовать малые планеты для жизни, чтобы понять, действительно ли соединения являются биосигналами или могут быть объяснены как геологические.

"Экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств ", - сказал профессор Хенг.

Он также моделирует планеты, у которых, возможно, были более драматические судьбы. Для того чтобы маленькие планеты вокруг красных звезд могли поддерживать жизнь, они должны были бы иметь очень узкую орбиту, что делало бы их замкнутыми, как горячие Юпитеры.

«Это означает, что ночная сторона действительно холодная и, возможно, настолько холодная, что газы в атмосфере конденсируются в лед. Итак, вы получаете безудержную конденсацию, и у вас нет атмосферы - атмосферный коллапс», - сказал он. Такой коллапс оставил бы планеты холодными и безжизненными, как Марс.

Хотя работа сейчас носит лишь теоретический характер, предстоящие миссии, такие как спутник CHEOPS Европейского космического агентства и космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, должны дать данные, которые он может сопоставить со своими теориями.

«Когда Вебб произведет запуск (в 2021 году), произойдет качественный скачок в качестве данных. Может случиться так, что атмосферный коллапс настолько распространен, что половина маленьких планет вокруг красных звезд не имеют атмосферы».

Источник: www.astronews.ru