Телескопът Webb ще търси признаци на живот там

Този месец ще отбележи нова глава в търсенето на извънземен живот, когато най-мощният създаден досега космически телескоп ще започне да шпионира планети, обикалящи около други звезди. Астрономите се надяват, че космическият телескоп Джеймс Уеб ще разкрие дали някои от тези планети имат атмосфера, която може да поддържа живот.

Определянето на атмосферата в друга слънчева система би било достатъчно готино. Но има шанс – макар и малък – една от тези атмосфери да предлага това, което е известно като биосигнатура: препратка към самия живот.

„Мисля, че ще успеем да открием планети, които смятаме за интересни – знаете, добри перспективи за живот“, каза Меган Мансфийлд, астроном от Университета на Аризона. „Но не е задължително да можем да идентифицираме живота веднага.“

Засега Земята остава единствената планета във Вселената, където е известно, че съществува живот. Учените изпращат сонди до Марс от близо 60 години и все още не са открили Марс. Но е възможно животът да се крие под повърхността на червената планета или да чака да бъде открит на луната на Юпитер или Сатурн. Някои учени изразиха надежда за това ВенераВъпреки изгарящата атмосфера от облаци от серен диоксид, той може да е дом на децата на Венера.

Дори Земята да се окаже единствената планета в нашата слънчева система, която съдържа живот, много други слънчеви системи във Вселената притежават така наречените екзопланети.

През 1995 г. швейцарски астрономи откриха първата екзопланета, обикаляща около подобна на слънце звезда. Известна като 51 Pegasi b, екзопланетата се оказва необещаващ дом за живот – пухкав газов гигант, по-голям от Юпитер, и 1800 градуса по Фаренхайт топъл.

През следващите години учените установиха Повече от 5000 други екзопланети. Някои са много подобни на Земята – приблизително със същия размер, направени са от скала вместо от газ и обикалят в „Зоната на Златокоска“ около своята звезда, не са твърде близо до готвене, но не достатъчно далеч, за да замръзнат.

За съжаление, сравнително малкият размер на тези екзопланети ги прави изключително трудни за изучаване досега. Космическият телескоп Джеймс Уеб, който стартира миналата Коледа, ще промени това, действайки като лупа, за да позволи на астрономите да гледат по-отблизо тези светове.

След изстрелването си от Куру, Френска Гвиана, телескопът има пътувах На милиони мили от Земята, той навлиза в орбитата си около Слънцето. Там щит предпазва неговото 21-футово огледало от всяка топлина или светлина от слънцето или земята. В този дълбок мрак телескопът може да открие слаби, далечни лъчи светлина, включително такива, които биха могли да разкрият нови подробности за далечни планети.

Д-р Мансфийлд каза, че космическият телескоп „е първата голяма космическа обсерватория, която взема предвид изследването на атмосферите на екзопланети в своя дизайн.“

Инженерите на НАСА започнаха да правят снимки на редица обекти с телескопа Webb в средата на юни и ще пуснат първите си изображения на обществеността на 12 юли.

Екзопланетите ще бъдат в тази първа партида изображения, каза Ерик Смит, главен учен на програмата. Тъй като телескопът ще прекара сравнително кратко време в наблюдение на екзопланетите, д-р Смит смята тези първи изображения за „бърз и мръсен“ поглед върху силата на телескопа.

Тези бързи погледи ще последват серия от много по-дълги наблюдения, започващи през юли, предоставяйки по-ясна картина на екзопланетите.

Редица екипи от астрономи планират да разгледат седем планети в орбита около звезда, наречена Trappist-1. Предишни наблюдения показват, че три от планетите заемат обитаемата зона.

„Това е идеално място за търсене на следи от живот извън Слънчевата система“, каза Оливия Лим, студентка в университета в Монреал, която ще наблюдава планетите Трапист-1 от около 4 юли.

Тъй като Trappist-1 е малка, студена звезда, нейната обитаема зона е по-близо, отколкото в нашата слънчева система. В резултат на това неговите потенциално обитаеми планети обикалят на близко разстояние, отнемайки само няколко дни, за да обиколят звездата. Всеки път, когато планетите минават пред Trappist-1, учените ще могат да отговорят на основен, но решаващ въпрос: Има ли някоя от тях атмосфера?

„Ако нямаше въздух, нямаше да е обитаем, дори и да се намираше в обитаема зона“, каза Никол Луис, астроном от университета Корнел.

Д-р Луис и други астрономи няма да се изненадат да не открият атмосфера около планетите Trappist-1. Дори ако планетите са развили атмосфера, когато са се образували, звездата може да ги е издухала отдавна с помощта на ултравиолетови и рентгенови лъчи.

„Възможно е те да премахнат цялата атмосфера на планетата, преди дори да има шанс да започне да създава живот“, каза д-р Мансфийлд. „Това е първият въпрос, на който се опитваме да отговорим тук: дали тези планети могат да имат атмосфера достатъчно дълго, за да могат да развият живот.“

Планета, минаваща пред Trappist-1, ще създаде малка сянка, но сянката ще бъде твърде малка, за да я улови космически телескоп. Вместо това телескопът ще открие леко затъмняване на светлината от звездата.

„Все едно да гледаш слънчево затъмнение със затворени очи“, каза Джейкъб Лустиг-Джигър, астроном, който е постдокторантска стипендия в лабораторията по приложна физика Джон Хопкинс. „Може да усетите, че светлината е помрачена.“

Планета с атмосфера би затъмнила звездата зад нея по различен начин от гола планета. Част от светлината на звездата ще премине директно през атмосферата, но газовете ще абсорбират светлина при определени дължини на вълната. Ако астрономите гледаха само звездната светлина при тези дължини на вълните, планетата щеше да затъмни Trappist-1 още повече.

Телескопът ще изпрати тези наблюдения на Trappist-1 обратно на Земята. И тогава получавате имейл от рода на „Хей, вашите данни са налични“, каза д-р Мансфийлд.

Но светлината от Trappist-1 ще бъде толкова слаба, че ще отнеме време, за да я разберем. „Окото ви е свикнало да се справя с милиони фотони в секунда“, каза д-р Смит. „Но тези телескопи, те просто събират няколко фотона в секунда.“

Преди д-р Мансфийлд или нейните колеги астрономи да могат да анализират екзопланетите, преминаващи пред Trappist-1, те първо ще трябва да ги разграничат от малките флуктуации, произведени от специалния механизъм на телескопа.

„Голяма част от работата, която всъщност върша, е да се уверя, че внимателно коригираме каквото и да е странно нещо, което телескопът прави, така че да можем да видим тези много малки сигнали“, каза д-р Мансфийлд.

В края на тези усилия д-р Мансфийлд и нейните колеги може да открият атмосфера около Trappist-1. Но този резултат сам по себе си няма да разкрие природата на атмосферата. То може да е богато на азот и кислород, както е на Земята, или подобно на токсичната супа от въглероден диоксид и сярна киселина на Венера. Или може да е комбинация, която учените не са виждали досега.

„Нямаме представа от какво са направени тези атмосфери“, каза Александър Ратке, астроном от Техническия университет на Дания. „Имаме идеи и симулации и всички тези неща, но наистина нямаме никаква идея. Трябва да отидем и да погледнем.“

Космическият телескоп на Джеймс Уеб, понякога наричан JWST, може да се окаже достатъчно мощен, за да определи специфичните компоненти на атмосферите на екзопланети, тъй като всеки тип частица абсорбира различен диапазон от дължини на вълните на светлината.

Но тези открития ще зависят от времето на външните планети. Ярко, отразяващо одеяло от облаци може да попречи на звездна светлина да навлезе в атмосферата на екзопланета, унищожавайки всеки опит за намиране на космически въздух.

„Наистина е трудно да се направи разлика между атмосфера с облаци и без атмосфера“, каза д-р Ратке.

Ако времето е кооперативно, астрономите са особено заинтересовани да разберат дали екзопланетите имат вода в атмосферата си. Поне на Земята водата е предпоставка за биологията. „Смятаме, че това вероятно би било добра отправна точка за търсене на живот“, каза д-р Мансфийлд.

Но водната атмосфера не означава непременно, че една екзопланета крие живот. За да са сигурни, че една планета е жива, учените ще трябва да открият биомаркер, молекула или група от няколко молекули, които са характерно образувани от живи организми.

Учените все още спорят какво е надежден биоподпис. Земната атмосфера е уникална в нашата слънчева система с това, че съдържа много кислород, до голяма степен продукт на растения и водорасли. Но кислородът може да се произвежда и без помощта на живота, когато водните молекули във въздуха се разделят. По същия начин метанът може да се отделя от живи микроби, но също и от вулкани.

Възможно е да има определен баланс на газовете, който може да осигури ясен жизнен отпечатък, който не може да се поддържа без помощта на живота.

„Имаме нужда от много благоприятни сценарии, за да намерим тези жизненоважни пръстови отпечатъци“, каза д-р Ратке. „Не казвам, че не е възможно. Просто мисля, че е пресилено. Трябва да имаме много късмет.“

Намирането на такъв баланс ще изисква телескопът Webb да наблюдава планета, която многократно минава пред Trappist-1, каза Джошуа Криссансен-Тотън, планетарен учен от Калифорнийския университет в Санта Круз.

„Ако някой излезе напред през следващите пет години и каже: „Да, открихме живот с JWST“, ще бъда много скептичен към това твърдение“, каза д-р Крисансен-Тотън.

Възможно е космическият телескоп Джеймс Уеб просто да не може да намери биометрични данни. Тази мисия може да изчака следващото поколение космически телескопи, повече от десетилетие по-късно. Тези екзопланети ще бъдат изучавани по същия начин, по който хората гледат Марс или Венера в нощното небе: като наблюдават отражението на звездната светлина върху тях на черния фон на космоса, а не докато минават пред звезда.

„Най-вече ще накараме много важната основа да работи за бъдещи телескопи“, прогнозира д-р Ратке. „Ще бъда много изненадан, ако JWST въведе биометрично откриване на пръстови отпечатъци, но се надявам да бъда коригиран. Искам да кажа, че основно за това върша тази работа.“