Сможет ли телескоп Джеймса Уэбба найти жизнь на далеких экзопланетах?

Космический телескоп Джеймса Веба уже произвел революцию в том, как мы смотрим на вселенную, и доставил лишь несколько снимков дальнего космоса. Однако, несмотря на то, что ученые всего мира только начинают исследовать космос, они могут быть более чем взволнованы тем, что поможет раскрыть Уэбб.

Уэбб — официальный преемник Хаббла — не только предоставит беспрецедентные изображения нашей Вселенной, но и станет ключевым инструментом, который астрономы будут использовать, чтобы узнать больше о Вселенной. Ученые будут использовать Уэбба, чтобы прочесывать космос и искать ключевые ингредиенты жизни, разбросанные по бескрайним просторам космоса.

Если мы хотим обнаружить жизнь за пределами Земли — главная цель современной астрономии и планетологии — то Уэбб, безусловно, поможет, хотя он и не предназначен специально для поиска инопланетной жизни.

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

Фактически, современные телескопы, такие как Webb, позволят исследователям получить беспрецедентный взгляд на химический состав атмосфер далеких экзопланет и их звездных систем.

Ученые могли бы обнаружить химический след жизни на одной из многих экзопланет, открытых на сегодняшний день, и Уэбб мог стать тем инструментом, который сделал это возможным.

Но чтобы выяснить, где мы действительно одиноки во Вселенной, нам не нужно искать далекие звездные системы. На самом деле многие ученые считают, что жизнь в том виде, в каком 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 горизонтах глубоко под Марсомжизнь могла бы, вероятно, процветать.

Еще одно прекрасное место для поиска инопланетной жизни — спутники Сатурна и Юпитера. Европа, например, является одним из самых многообещающих кандидатов на существование инопланетной жизни.

Поиск жизни в этих местах чрезвычайно сложен, потому что до них трудно добраться, и для обнаружения жизни необходимо будет вернуть физические образцы.

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

Что еще более интересно, так это то, что, по нашим лучшим оценкам, tтолько в галактике Млечный Путь может быть от 100 до 300 миллионов обитаемых планет..

Косвенные методы измерения того, как планета влияет на соседнюю звезду, помогли открыть более 5000 экзопланет, в том числе сотни потенциально обитаемых. Эти измерения могут определить массу и размер экзопланеты, но о них мало что известно.

Атмосфера — это главное

Чтобы узнать, на что похожа планета, астрономы смотрят на атмосферу и световой спектр.

Астрономы изучают взаимодействие между светом звезд и поверхностями и атмосферами 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 первой половине своего существования она имела атмосферу без кислорода. В результате его биосигнатура была слабой на этой ранней стадии эволюции Земли. Все резко изменилось, когда 2,4 миллиарда лет назад появилось новое семейство водорослей.

Водоросли фотосинтезируют путем создания свободного кислорода, то есть кислорода, который химически не связан ни с каким другим элементом. С тех пор насыщенная кислородом атмосфера Земли оставила после себя биосигнатуру, которую можно легко обнаружить по свету, проходящему через нее.

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

Рассмотрим листья в качестве примера. Хлорофилл в листьях особенно хорошо поглощает свет в красных и синих длинах волн. Следовательно, большая часть света, попадающего на лист, отражается зеленым цветом, поскольку волны красного и синего цветов поглощаются.

Свет взаимодействует с материалами особым образом, что приводит к уникальным паттернам отсутствующего света. Измеряя особый цвет света, исходящего от экзопланеты, астрономы могут узнать что-то об ее атмосфере или поверхности.

Определенные атмосферные газы, связанные с жизнью, такие как кислород или метан, оставляют очень специфический световой след, который можно обнаружить с помощью этого метода. Он также может обнаруживать 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. Наличие хлорофилл на далекой планете можно было определить по этому цвету, отраженному от ее поверхности. Точно так же далекие инопланетные астрономы, которые в настоящее время исследуют космос, задаваясь вопросом, существует ли разумная жизнь, могли бы направить свои телескопы на Землю и найти контрольные признаки, намекающие на жизнь на Земле.

Однако для обнаружения этих тонких изменений света, исходящего от потенциально обитаемой экзопланеты, требуется невероятно мощный телескоп. Новый космический телескоп Джеймса Уэбба в настоящее время является единственным телескопом, способным на такой подвиг.

Как Джеймс Уэбб может помочь нам найти инопланетную жизнь

В июле 2022 года Джеймс Уэбб начал научную деятельность, измерив спектр WASP-96b, экзопланеты с атмосферой газового гиганта. В спектре были обнаружены вода и облака, но жизнь вряд ли существует на такой большой и горячей планете, как WASP-96b.

Несмотря на это, Джеймс Уэбб показал, что слабые химические сигнатуры могут обнаруживать свет от экзопланет. В рамках запланированной миссии Webb сосредоточит свои камеры на ТРАППИСТ-1e потенциально обитаемая планета в 39 световых годах от нас.

Когда планета проходит перед своей звездой-хозяином, Уэбб может уловить звездный свет, который проходит через ее атмосферу, чтобы наблюдать биосигнатуры. Однако телескоп Уэбба не предназначен для поиска жизни, поэтому он может наблюдать лишь несколько ближайших потенциально обитаемых планет.

Но этого может быть более чем достаточно.

Кроме того, он может обнаруживать только изменения уровней углекислого газа, метана и водяного пара в атмосфере. Уэбб не может обнаружить несвязанный кислород, самый мощный сигнал жизни, хотя определенные комбинации этих газов могут свидетельствовать о жизни. В начале палеопротерозоя несвязанный кислород (также называется молекулярным дикислородом, O2) впервые был обнаружен на Земле в большом количестве

Более мощный телескоп, чем Webb

Если мы хотим узнать, одни ли мы во вселенной, то нам нужен более качественный инструмент, более подходящий для конкретной задачи. И ключом к поиску жизни на далеких планетах является блокирование света.

В будущем, с еще более мощными телескопами, звездный свет, отражаемый поверхностью планеты, будет обнаруживаться, блокируя яркий свет звезды. Это как заштриховать что-то на расстоянии рукой, чтобы лучше видеть.

Будущие космические телескопы могут использовать небольшие внутренние маски для достижения этой цели, поскольку изучение света, отражающегося от планеты, становится намного проще, когда звездный свет блокируется.

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

На самом деле, в настоящее время строятся три массивных наземных телескопа, Гигантский Магелланов Телескоп, Тридцатиметровый телескопи Европейский чрезвычайно большой телескопможет оказаться идеальным инструментом для астрономов, чтобы ответить, одиноки ли мы во Вселенной.

Эти телескопы намного мощнее любого существующего телескопа на Земле.

Астробиологи смогут обнаруживать биосигнатуры только на планетах, полностью преобразованных инопланетной жизнью, даже с помощью самых мощных телескопов следующих нескольких десятилетий.

Метан — один из самых распространенных газов, выделяемых земной жизнью. но процесс образования метана тоже можно отнести к небиологическим процессам.

Это означает, что если астрономы будут искать далекую жизнь и обнаружат сигнал, указывающий на жизнь, это может быть ложным срабатыванием. Чтобы исключить ложные срабатывания, астрономы должны достаточно хорошо понимать планету, чтобы определить, похожи ли ее атмосферные или геологические процессы на биосигнатуру.

Исследования экзопланет могут однажды превысить планку, необходимую для доказательства существования жизни, предоставив необходимые экстраординарные доказательства. Поскольку мы с нетерпением ждем богатых открытий, сделанных космическим телескопом Джеймса Уэбба, первый выпуск данных с телескопа дает нам представление о том, что нас ждет впереди.