JWST показа, че може да открие пръстовите отпечатъци на живота на екзопланети

компоненти на живота разпространени из цялата вселена. Докато Земята е единственото известно място във Вселената, където съществува живот, откриването на извънземен живот е Основната цел от съвременна астрономия И на планетарна наука.

Ние сме двама учени, които учат външни планети И на астробиология. Благодарение до голяма степен на телескопи от следващо поколение като Джеймс Уеб, изследователи като нас скоро ще могат да измерват химическия състав на атмосферите на планетите около други звезди. Надяваме се, че една или повече от тези планети ще имат химически отпечатък за цял живот.

Обитаеми външни планети

живот Може да съществува в Слънчевата система Където има течна вода – като водоносни хоризонти на Марс или в океаните на луната на Юпитер Европа. Търсенето на живот на тези места обаче е много трудно, тъй като е трудно да се достигне и открие живот, което изисква изпращане на сонда, за да се върнат физическите проби.

Много астрономи смятат, че има файл Добър шанс за живот на планети, обикалящи около други звездиИ това може да е мястото Първо ще се намери живот.

Теоретичните изчисления показват, че има нещо близко 300 милиона потенциално обитаеми планети В Млечния път сам и Много обитаеми планети с размерите на Земята В рамките на само 30 светлинни години от Земята – по същество съседите на човечеството в галактиката. Досега астрономите Открийте повече от 5000 екзопланетивключително стотици потенциално обитаеми, използвайки индиректни методи който измерва как една планета влияе на близката звезда. Тези измервания могат да предоставят на астрономите информация за масата и размера на една екзопланета, но не повече от това.

Търся биографични подписи

За да открият живот на далечна планета, астробиолозите ще изследват съществуващата звездна светлина Взаимодействайте с повърхността или атмосферата на планетата. Ако атмосферата или повърхността се трансформират от живота, светлината може да носи следа, наречена „биосигнатура“.

През първата половина от своето съществуване Земята е имала атмосфера, лишена от кислород, въпреки че е била домакин на прост, едноклетъчен живот. Жизненоважният отпечатък на Земята е бил доста слаб през тази ранна ера. Това изведнъж се промени преди 2,4 милиарда години Когато еволюира ново семейство водорасли. Водораслите са използвали фотосинтеза, която произвежда свободен кислород – кислород, който не е химически свързан с никой друг елемент. От този момент нататък изпълнената с кислород атмосфера на Земята оставя силен и лесно забележим жизнен отпечатък върху светлината, преминаваща през нея.

Когато светлината отскача от повърхността на даден материал или преминава през газ, е по-вероятно определени дължини на вълните да останат уловени в газа или повърхността на материала, отколкото други. Това селективно напасване на дължините на вълните на светлината е причината за различните цветове на обектите. Листата са зелени, защото хлорофилът е особено добър в абсорбирането на светлина в червените и сините дължини на вълните. Когато светлината удари хартията, червените и сините дължини на вълните се абсорбират, оставяйки предимно зелена светлина да отскача обратно в очите ви.

Моделът на изгубената светлина се определя от специфичния състав на материала, с който светлината взаимодейства. Поради тази причина астрономите могат да научат нещо за състава на атмосферата или повърхността на екзопланета чрез измерване на специфичния цвят на светлината, която идва от планета.

Този метод може да се използва за идентифициране на наличието на определени атмосферни газове, свързани с живота – като кислород или метан – тъй като тези газове оставят много специфични сигнали в светлината. Може да се използва и за откриване на странни цветове на повърхността на планета. На Земята, например, растенията хлорофил и други пигменти и водорасли във фотосинтезата използват специфични дължини на вълната на светлината. Тези багрила Отличителна цветна продукция Може да се открие с помощта на чувствителна инфрачервена камера. Ако видите този цвят да се отразява от повърхността на далечна планета, това вероятно показва наличието на хлорофил.

Телескопи в Космоса и на Земята

Необходим е невероятно мощен телескоп, за да открие тези фини промени в светлината от потенциално обитаема екзопланета. В момента единственият телескоп, способен на подобно постижение, е новият телескоп Космически телескоп Джеймс Уеб. както е Започнаха научните дейности През юли 2022 г. Джеймс Уеб проведе сладко четене Екзопланета газов гигант WASP-96b. Спектърът показа наличието на вода и облаци, но голяма, гореща планета като WASP-96b е малко вероятно да приеме живот.

Въпреки това, тези ранни данни показват, че Джеймс Уеб е в състояние да открие слаби химически сигнали в светлина от екзопланети. През следващите месеци Уеб трябваше да обърне огледалата си към нея TRAPPIST-1eпотенциално обитаема планета с размерите на Земята само на 39 светлинни години от Земята.

Уеб може да търси биометрични данни, като изучава и улавя планети, докато минават пред техните звезди-домакини Звездна светлина, която преминава през атмосферата на планетата. Но Webb не е проектиран да търси живот, така че телескопът е способен да изследва само няколко от най-близките потенциално обитаеми светове. Може също да открие промени, направени в Нива на въглероден диоксид, метан и водни пари в атмосферата. Докато определени комбинации от тези газове Може да предполага животWebb не може да открие наличието на несвързан кислород, което е най-силната индикация за живот.

Пионерски концепции за бъдещи космически телескопи и дори по-мощни включват планове за блокиране на ярката светлина на звездата-домакин на Земята, за да се открие звездна светлина, отразена от планетата. Тази идея е подобна на използването на ръката ви, за да блокирате слънчевата светлина, за да видите по-добре нещо от разстояние. Бъдещите космически телескопи могат да използват малки вътрешни маски или голям, подобен на парашут външен космически кораб, за да направят това. След като звездната светлина бъде блокирана, е много по-лесно да се изследва светлината, отразена от планета.

В момента се изграждат и три масивни наземни телескопа, които ще могат да търсят биометрични пръстови отпечатъци: Гигантски Магеланов телескопThe Тридесет метров телескоп и на много голям европейски телескоп. Всеки от тях е много по-мощен от телескопите на Земята и въпреки че са възпрепятствани от земната атмосфера, изкривяваща звездната светлина, тези телескопи може да са в състояние да изследват атмосферите на най-близките светове в търсене на кислород.

Биология ли е или геология?

Дори използвайки най-мощните телескопи през следващите десетилетия, астробиолозите ще могат да открият само мощните биосигнатури, произведени от светове, напълно променени от живота.

За съжаление повечето от газовете, отделяни от земния живот, могат да бъдат произведени и чрез небиологични процеси – кравите и вулканите отделят метан. Фотосинтезата произвежда кислород, но слънчевата светлина също го прави, когато разделя водните молекули на кислород и водород. там Добър шанс за астрономите да забележат някои фалшиви положителни резултати Когато търсиш далечен живот. За да изключат фалшиви положителни резултати, астрономите ще трябва да разберат достатъчно добре една интересна планета, за да разберат дали е такава. Геоложки или атмосферни процеси могат да имитират биосигнатура.

Следващото поколение изследвания на екзопланети има потенциала да надхвърли нивото на Необичайни доказателства Трябва да се докаже съществуването на живот. Първото публикуване на данни от космическия телескоп Джеймс Уеб ни дава представа за вълнуващия прогрес, който предстои скоро.

Крис ЕмбиИзтъкнат университетски професор по астрономия, Университет на Аризона И на Даниел АбайПрофесор по астрономия и планетарни науки, Университет на Аризона

Тази статия е препубликувана от Разговор Под лиценз Creative Commons. Прочетете оригинална статия.