Зондирование экзопланет и обнаружение следов жизни в атмосфере

Зондирование атмосферы ЭкзопланетПоиск внеземной жизни продолжает интересовать миллионы людей во всех уголках планеты. Пока человечество не перейдет в эру межзвездных перелетов, нам остается только заниматься наблюдениями и строить предположения относительно возможных форм жизни на других планетах. Чтобы увеличить эффективность подобных исследований, специалисты предлагают сосредоточиться на изучении химического состава атмосферы экзопланет . По мнению ученых, именно этот фактор может стать ключевым в поисках жизни, имеющей известные для нас формы.

Химические соединения имеют определенные биосигнатуры, которые могут говорить о наличии процессов жизнедеятельности на планете. С их помощью можно научным способом доказать, что на экзопланете действительно существовала или существует жизнь. Данные соединения могут быть произведены только во время жизненного цикла живых организмов. Подобная находка станет лучшим доказательством того, что далекие от нас миры могут иметь признаки жизни. В то же время процесс поиска подобных соединений в атмосфере космических объектов, которые располагаются на большом удалении от нас, достаточно тяжело.

Ученый Игнас Снеллен занимается совершенствований методик, в которых были объединены возможности современных обсерваторий, позволяющих получить наиболее качественное изображение экзопланет. Эти телескопы оснащены максимально точной спектроскопией, благодаря которой и удается исследовать разную длину волн света, обнаруженного в космосе. Только так удается фильтровать свечение от звезд, благодаря чему удается получить необходимые данные о самой экзопланете, как считает профессор Снеллен.

Изучая свет, способный пробиться сквозь атмосферу планет, можно установить разновидности газов, которые содержатся в этой атмосфере. Оборудование для исследований, которое используется на сегодняшний день, не является настолько большим, чтобы изучать спектры планет земного типа. В то же время ученые продолжают оттачивать собственные методы, благодаря которым им удается исследовать крупнейшие среди открытых планет земного типа, на которых теоретически может развиваться жизнь. Такими «подопытными кроликами» выступают так называемые горячие Юпитеры. Они очень горячи, чтобы обеспечить условия для формирования жизни в тех ее проявлениях, которые хорошо знакомы нам. Они располагаются на минимальном удалении от родной звезды, что приводит к формированию постоянной орбиты вращения. В итоге одна сторона постоянно освещена, в то время как другая находится в состоянии постоянных сумерек, что можно наблюдать в случае с нашей Луной. Прогрев атмосферы горячих Юпитеров достаточен для начала процесса испарения. В результате формируются целые потоки материи, исход которых напоминает хвосты комет.

Работая над собственным проектом, Снеллен с коллегами воспользовались возможностями высокоточной спектроскопии, чтобы подтвердить количество гелия в составе атмосферы одной из экзопланет. Это позволит продемонстрировать уровень прогресса в исследованиях экзопланет. По словам профессора, исследования позволили получить немало новой информации. Вещество, которое исходит от горячего Юпитера, было обнаружено довольно давно. В то же время наблюдать за поведением планеты всегда было достаточно сложно. Существует всего один способ обнаружить данное явление – вычислить наличие водорода, который невозможно обнаружить с наземных обсерваторий. Здесь может помочь только космическая техника.

Благодаря сильной линии гелия у исследователей наконец появилась возможность исследовать экзопланеты с поверхности Земли. Воспользовавшись новыми методами изучения, у исследователей появилась возможность повысить эффективность своих наблюдений и получить более точные результаты. Сначала они сумели определить скорость вращения планеты, чтобы потом узнать ее орбитальный цикл. Снеллен отмечает, что горячие Юпитеры вращаются достаточно медленно по причине приливной силы, блокирующей их движение по своей оси. Даже эти знания позволяют пролить свет на определенные климатические и особенности удаленных от нас планет.

В случае вращения на высокой скорости, у планеты начинают образоваться полосы, которые мы можем видеть на нашем газовом гиганте. Земля отличается более медленным вращением, поэтому на поверхности можно видеть всего несколько полос. В то же время на нашей планете преобладающими являются системы с низким давлением. Если же горячий Юпитер вращается медленно, то формирование полосной структуры не происходит. Поэтому климатические условия на Юпитере и горящем Юпитере будут отличаться кардинально. Ветровая активность может быть обнаружена даже в высоких атмосферных слоях, что вызвано разницей в температурах между неосвещенной и освещенной сторонами планеты. По мнению исследователя, предстоящие работы по модернизации CRIRES, которые будут произведены в 2020 году, позволят более детально изучать планеты других систем. С помощью данного инструмента станет возможным обнаружить метан на поверхности холодных планет. Метан может выступить маркером жизни, если его обнаружение состоится на планете, похожей на Землю. На данный момент ученые, занимающиеся вопросами исследования экзопланет, ищут методы, которые в будущем можно будет использовать для изучения землеподобных космических объектов. Завершение работ по созданию телескопа ESO ожидается в 2026 году. С его помощью можно будет исследовать планеты, которые по своим характеристикам напоминают землю.

Но всегда есть место для определенных трудностей. Например, при обнаружении каменистых планет, которые по своей форме напоминают Землю, довольно сложно найти точные подтверждения появления жизни. По словам профессора Кевина Хенга, геология не редко производит материалы, которые во многом напоминают признаки жизни, например, метан. Поэтому биосигнатуры, которые будут использоваться в процессе поиска жизни на других планетах, должны соответствовать нескольким строгим требованиям. Вероятность их имитации в следствие геологических процессов должна быть сведена к минимуму. Только в этом случае можно гарантировать, что их восполнение в атмосфере может происходить под действием других процессов, например, как результат жизнедеятельности организмов.

Кевин Хенг направил свои усилия на определение того, способны ли различные соединения на протяжении длительного времени сохраняться в атмосфере, чтобы быть заметными при изучении экзопланет. В первую очередь его интересует возможность обнаружения аммиака и метилхлорида. Он уверен, что для исследований лучше выбрать карликовые звезды. Проблемой является то, что состав атмосферы у небольших планет земной группы может изменяться с течением времени. Изучая планеты, напоминающие Юпитер, можно обнаружить их значительное сходство со звездами. Как и у нашего Солнца, такие газовые гиганты содержат в своем составе большое количество водорода, а также других микроэлементов. Разница между планетой и планетой и звездой, возле которой происходило ее формирование, позволяет понять закономерности этих процессов образования. Если же рассматривать небольшие планеты, то за период времени с начала их формирования состав успел значительно измениться. Здесь есть сразу несколько факторов, которые приводят к изменениям, включая цикл углерода.

Поэтому задачей Кевина Хенг и его коллег на протяжении последних 8 лет является адаптация моделей климата, которые разработаны для нашей планеты, под особенности экзопланет. Необходимо понять, как их можно настроить и модифицировать при необходимости. Полученные модели позволят лучше разобраться в собранной информации о структуре атмосферы планет, которые можно будет исследовать с помощью новых приборов. В результате удастся точно сказать о том, какую природу имеют компоненты, определённые в качестве биосигналов.

Возможности моделирования сегодня позволяют нам рассмотреть жизненный путь планет с более драматичной судьбой. Маленькие планеты, которые вращаются вокруг красной звезды, способны поддерживать жизнь только в случае наличия узкой орбиты. Это может сделать их замкнутыми, что мы наблюдаем в случае с горячими Юпитерами. Если одна сторона газового гиганта является холодной, то вполне возможно, что условия на ней достаточно экстремальные для формирования льда. Получая процесс постоянной конденсации газы превращаются в лед, что может привести к атмосферному коллапсу. Результаты подобного процесса мы можем наблюдать и сегодня, изучая безжизненный Марс, утративший собственную атмосферу. На данный момент работы направлены на подготовку теоретической базы, которая может потребоваться во время реализации предстоящих миссий. Одной из них является отправка спутника CHEOPS, благодаря которому можно будет получить массив информации для подтверждения или опровержения теорий. Запуск телескопа Вебба запланирован в 2021-ом году, что приведет к качественному улучшению собираемой информации. Может произойти так, что атмосферный коллапс выступает довольно распространенным явлением, и у значительного процента звезд просто нет собственной атмосферы. Это заставит нас пересмотреть текущие инструменты для изучения экзопланет.

По украински