Сможет ли телескоп "Джеймс Уэбб" найти жизнь на далеких экзопланетах?

Космический телескоп Джеймса Уэбба - самый совершенный телескоп человечества на сегодняшний день. Мы уже видели возможности "Уэбба" в последнем выпуске снимков космоса. Но что может сделать "Уэбб" для поиска внеземной жизни? Может ли Webb помочь нам изучить далекие планеты и выяснить, есть ли на них жизнь?

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" уже произвел революцию в том, как мы смотрим на Вселенную, и за все время его работы было сделано всего несколько снимков дальнего космоса. Однако, несмотря на то, что изучение космоса только начинается, ученые всего мира могут быть более чем взволнованы тем, что поможет открыть "Уэбб".

Уэбб - официальный преемник Хаббла - не только предоставит беспрецедентные изображения нашей Вселенной, но и станет ключевым инструментом, который астрономы будут использовать для того, чтобы узнать больше о Вселенной. С помощью "Уэбба" ученые будут прочесывать космос и искать ключевые ингредиенты жизни, распространенные в космических просторах.

Если мы хотим обнаружить жизнь за пределами Земли - а это главная цель современной астрономии и планетологии, - то Webb, безусловно, поможет в этом, хотя он и не предназначен специально для поиска инопланетной жизни.

Webb может многое сделать для ученых, изучающих инопланетные миры и астробиологию.

На самом деле, современные телескопы, такие как Webb, позволят исследователям получить беспрецедентное представление о химическом составе атмосфер далеких экзопланет и их звездных систем.

Ученые могут обнаружить химические признаки жизни на одной из многих экзопланет, открытых на сегодняшний день, и "Уэбб" может стать тем инструментом, который сделает это возможным.

Но чтобы узнать, где мы действительно одни во Вселенной, нам не нужно искать далекие звездные системы. На самом деле, многие ученые считают, что жизнь, какой мы ее знаем, может существовать даже в Солнечной системе, практически везде, где есть жидкая вода. Одним из таких примеров может быть Марс.

Хотя Красная планета бесплодна и опасна для жизни на поверхности, под поверхностью, в водоносных слоях глубоко под Марсом, жизнь, вероятно, могла бы процветать.

Еще одно прекрасное место для поиска инопланетной жизни - луны Сатурна и Юпитера. Например, Европа является одним из наиболее перспективных кандидатов на существование инопланетной жизни.

Поиск жизни в этих местах чрезвычайно сложен, поскольку они труднодоступны, и для обнаружения жизни необходимо возвращать физические образцы.

И даже если мы найдем доказательства того, что во всей Солнечной системе только Земля пригодна для жизни, многие эксперты считают, что существуют разумные шансы на то, что жизнь зародилась на планетах, вращающихся вокруг далеких звезд.

Еще интереснее то, что, по нашим лучшим оценкам, только в галактике Млечный Путь может существовать от 100 до 300 миллионов пригодных для жизни планет.

Косвенные методы измерения влияния планеты на близлежащую звезду помогли открыть более 5000 экзопланет, в том числе сотни потенциально пригодных для жизни. Эти измерения позволяют определить массу и размер экзопланет, но больше о них мало что известно.

Атмосфера - ключ к разгадке

Чтобы узнать, что представляет собой планета, астрономы изучают ее атмосферу и световой спектр.

Астрономы изучают взаимодействие света звезд с поверхностью и атмосферой планет, чтобы обнаружить жизнь на далеких планетах. Свет может нести подсказку, известную как "биосигнатура", если атмосфера или поверхность были преобразованы жизнью.

Несмотря на то, что на Земле существовала простая одноклеточная жизнь, в течение первой половины ее существования атмосфера не содержала кислорода. Поэтому на ранней стадии эволюции Земли ее биосигнатура была слабой. Все резко изменилось, когда 2,4 миллиарда лет назад появилось новое семейство водорослей.

Водоросли фотосинтезируют, выделяя свободный кислород, то есть кислород, не связанный химически ни с каким другим элементом. С тех пор наполненная кислородом атмосфера Земли оставила после себя биосигнатуру, которую можно легко обнаружить по проходящему через нее свету.

Длины волн света, которые отражаются от поверхности или проходят через газ, остаются в ловушке в большей степени, чем другие. В результате объекты имеют разные цвета из-за избирательного улавливания длин световых волн.

Рассмотрим в качестве примера листья. Хлорофилл в листьях особенно хорошо поглощает свет в красном и синем диапазонах волн. Поэтому большая часть света, попадающего на лист, отражается зеленым цветом, так как красные и синие волны поглощаются.

Свет взаимодействует с материалами особым образом, в результате чего возникают уникальные картины пропущенного света. Измеряя особый цвет света, исходящего от экзопланеты, астрономы могут узнать что-то о ее атмосфере или поверхности.

Некоторые атмосферные газы, ассоциирующиеся с жизнью, такие как кислород или метан, оставляют очень специфический световой след, который можно обнаружить с помощью этого метода. Также можно обнаружить странные цвета на поверхности планеты.

Например, в растениях и водорослях хлорофилл улавливает определенные длины волн света во время фотосинтеза. Чувствительная инфракрасная камера может обнаружить характерные цвета этих пигментов. О наличии хлорофилла на далекой планете может свидетельствовать этот цвет, отраженный от ее поверхности. Точно так же астрономы, изучающие космос и гадающие, есть ли там разумная жизнь, могли бы направить свой телескоп на Землю и обнаружить признаки, намекающие на наличие жизни на Земле.

Однако для обнаружения этих тонких изменений в свете, исходящем от потенциально пригодной для жизни экзопланеты, требуется невероятно мощный телескоп. Новый космический телескоп Джеймса Уэбба на данный момент является единственным телескопом, способным совершить такой подвиг.

Как "Джеймс Уэбб" может помочь нам найти инопланетную жизнь

В июле 2022 года "Джеймс Уэбб" начал научную работу, сняв показания спектра WASP-96b, экзопланеты с атмосферой газового гиганта. В спектре были обнаружены вода и облака, но жизнь вряд ли может существовать на такой большой и горячей планете, как WASP-96b.

Несмотря на это, "Джеймс Уэбб" показал, что слабые химические сигнатуры могут обнаружить свет от экзопланет. В рамках запланированной миссии "Уэбб" направит свои камеры на TRAPPIST-1e, потенциально пригодную для жизни планету, расположенную на расстоянии 39 световых лет от нас.

Когда планета проходит перед своей звездой-хозяином, "Уэбб" может захватить свет звезды, который фильтруется через ее атмосферу, чтобы наблюдать биосигнатуры. Однако телескоп Webb не был создан для поиска жизни, поэтому он может наблюдать только несколько ближайших потенциально пригодных для жизни планет.

Но этого может быть более чем достаточно.

Кроме того, он может обнаружить только изменения уровня углекислого газа, метана и водяного пара в атмосфере. Webb не может обнаружить несвязанный кислород, самый мощный сигнал жизни, хотя определенные комбинации этих газов могут предполагать наличие жизни. В начале палеопротерозоя несвязанный кислород (также называемый молекулярным диоксигеном, O2) был впервые обнаружен на Земле в больших количествах.

Более мощный телескоп, чем Webb

Если мы хотим выяснить, одни ли мы во Вселенной, то нам нужен лучший инструмент, более подходящий для решения конкретной задачи. А ключом к поиску жизни на далеких планетах является блокировка света.

В будущем, с помощью еще более мощных телескопов, свет звезды, отраженный от поверхности планеты, будет выявлен путем блокирования яркого света звезды. Это все равно, что заслонить что-то вдалеке рукой, чтобы лучше видеть.

Будущие космические телескопы могут использовать небольшие внутренние маски для достижения этой цели, поскольку изучать свет, отражающийся от планеты, становится намного проще, когда свет звезды блокируется.

Однако нам не обязательно отправлять телескопы в космос, чтобы определить, есть ли на далеких экзопланетах признаки жизни.

На самом деле, три массивных наземных телескопа, находящиеся в стадии строительства: Гигантский Магелланов телескоп, Тридцатиметровый телескоп и Европейский сверхбольшой телескоп - могут стать для астрономов лучшими инструментами для ответа на вопрос, одиноки ли мы во Вселенной.

Эти телескопы намного мощнее всех существующих на Земле телескопов.

Астробиологи смогут обнаружить биосигнатуры только на планетах, полностью преобразованных инопланетной жизнью, даже с помощью самых мощных телескопов ближайших десятилетий.

Метан - один из самых распространенных газов, выделяемых земной жизнью, но процесс производства метана может быть обусловлен и небиологическими процессами.

Это означает, что если астрономы ищут жизнь на расстоянии и обнаруживают сигнал, указывающий на жизнь, это может быть ложным срабатыванием. Чтобы исключить ложные срабатывания, астрономы должны достаточно хорошо изучить планету, чтобы определить, похожи ли ее атмосферные или геологические процессы на биосигнатуру.

Исследования экзопланет могут в один прекрасный день преодолеть планку, необходимую для доказательства существования жизни, предоставив необходимые экстраординарные доказательства. Пока мы с нетерпением ждем богатых открытий, которые принесет космический телескоп "Джеймс Вебб", первая публикация данных с телескопа дает нам представление о том, что нас ждет в будущем.

Источник:  https://earth-chronicles.ru/