Зондування екзопланет і виявлення слідів життя в атмосфері

Зондування атмосфери екзопланетиПошук позаземного життя продовжує цікавити мільйони людей у ​​всіх куточках планети. Поки людство не перейде в еру міжзоряних перельотів, нам залишається тільки займатися спостереженнями і робити припущення щодо можливих форм життя на інших планетах. Щоб збільшити ефективність подібних досліджень, фахівці пропонують зосередитися на вивченні хімічного складу атмосфери екзопланет . На думку вчених, саме цей фактор може стати ключовим у пошуках життя, що має відомі для нас форми.

Хімічні сполуки мають певні біосигнатури, які можуть говорити про наявність процесів життєдіяльності на планеті. З їх допомогою можна науковим способом довести, що на екзопланеті дійсно існувала або існує життя. Дані сполуки можуть бути зроблені тільки під час життєвого циклу живих організмів. Подібна знахідка стане кращим доказом того, що далекі від нас світи можуть мати ознаки життя. У той же час процес пошуку подібних з'єднань в атмосфері космічних об'єктів, які розташовуються на великій відстані від нас, досить важкий.

Вчений Ігнас Снеллена займається вдосконаленням методик, в яких були об'єднані можливості сучасних обсерваторій, що дозволяють отримати найбільш якісне зображення екзопланет. Ці телескопи оснащені максимально точною спектроскопією, завдяки якій і вдається дослідити різну довжину хвиль світла, виявленого в космосі. Тільки так вдається фільтрувати світіння від зірок, завдяки чому вдається отримати необхідні дані про саму екзопланету, як вважає професор Снеллена.

Вивчаючи світ, здатний пробитися крізь атмосферу планет, можна встановити різновиди газів, які містяться в цій атмосфері. Устаткування для досліджень, яке використовується на сьогоднішній день, не є настільки великим, щоб вивчати спектри планет земного типу. У той же час вчені продовжують відточувати власні методи, завдяки яким вони зможуть досліджувати найбільші серед відкритих планет земного типу, на яких теоретично може розвиватися життя. Такими «піддослідними кроликами» виступають так звані гарячі Юпітери. Вони дуже гарячі, щоб забезпечити умови для формування життя в тих її проявах, які добре знайомі нам. Вони розташовуються на мінімальному видаленні від рідної зірки, що призводить до формування постійної орбіти обертання. В результаті одна сторона постійно освітлена, в той час як інша знаходиться в стані постійних сутінків, що можна спостерігати у випадку з нашим Місяцем. Прогрів атмосфери гарячих Юпітерів достатній для початку процесу випаровування. В результаті формуються цілі потоки матерії, результат яких нагадує хвости комет.

Працюючи над власним проектом, Снеллена з колегами скористалися можливостями високоточної спектроскопії, щоб підтвердити кількість гелію в складі атмосфери однієї з екзопланет. Це дозволить продемонструвати рівень прогресу в дослідженнях екзопланет. За словами професора, дослідження дозволили отримати чимало нової інформації. Речовина, яка виходить від гарячого Юпітера, була виявлена досить давно. У той же час спостерігати за поведінкою планети завжди було досить складно. Існує всього один спосіб виявити дане явище - обчислити наявність водню, який неможливо виявити із наземних обсерваторій. Тут може допомогти тільки космічна техніка.

Завдяки сильній лінії гелію у дослідників нарешті з'явилася можливість досліджувати екзопланети з поверхні Землі. Скориставшись цією новою методикою вивчення, у дослідників з'явилася можливість підвищити ефективність своїх спостережень і отримати більш точні результати. Спочатку вони зуміли визначити швидкість обертання планети, щоб потім дізнатися її орбітальний цикл. Снеллена зазначає, що гарячі Юпітери обертаються досить повільно через припливні сили, які блокуть їх рух по своїй осі. Навіть ці знання дозволяють пролити світло на певні кліматичні особливості віддалених від нас планет.

У разі обертання на високій швидкості, у планети починають утворюватися смуги, які ми можемо бачити на нашому газовому гіганті. Земля відрізняється більш повільним обертанням, тому на поверхні можна бачити лише кілька смуг. У той же час на нашій планеті переважаючими є системи з низьким тиском. Якщо ж гарячий Юпітер обертається повільно, то формування смугової структури не відбувається. Тому кліматичні умови на Юпітері і палаючому Юпітері будуть відрізнятися кардинально. Вітрова активність може бути виявлена ​​навіть у високих атмосферних шарах, що викликано різницею в температурах між неосвітленою і освітленою сторонами планети. На думку дослідника, майбутні роботи з модернізації CRIRES, які будуть проведені в 2020 році, дозволять більш детально вивчати планети інших систем. За допомогою даного інструменту стане можливим виявити метан на поверхні холодних планет. Метан може виступити маркером життя, якщо його виявлення відбудеться на планеті, схожій на Землю. На даний момент вчені, які займаються питаннями дослідження екзопланет, шукають методи, які в майбутньому можна буде використовувати для вивчення землеподобних космічних об'єктів. Завершення робіт по створенню телескопа ESO очікується в 2026 році. З його допомогою можна буде досліджувати планети, які за своїми характеристиками нагадують Землю.

Але завжди є місце для певних труднощів. Наприклад, при виявленні кам'янистих планет, які за своєю формою нагадують Землю, досить складно знайти точні підтвердження появи життя. За словами професора Кевіна Хенг, геологія нерідко виробляє матеріали, які багато в чому нагадують ознаки життя, наприклад, метан. Тому біосигнатури, які будуть використовуватися в процесі пошуку життя на інших планетах, повинні відповідати кільком суворим вимогам. Імовірність їх імітації в наслідок геологічних процесів повинна бути зведена до мінімуму. Тільки в цьому випадку можна гарантувати, що їх заповнення в атмосфері може відбуватися під дією інших процесів, наприклад, як результат життєдіяльності організмів.

Кевін Хенг направив свої зусилля на визначення того, чи здатні різні сполуки протягом тривалого часу зберігатися в атмосфері, щоб бути помітними при вивченні екзопланет. В першу чергу його цікавить можливість виявлення аміаку і метилхлорида. Він упевнений, що для досліджень краще вибрати карликові зірки. Проблемою є те, що склад атмосфери у невеликих планет земної групи може змінюватися з плином часу. Вивчаючи планети, що нагадують Юпітер, можна виявити їх значну схожість з зірками. Як і у нашого Сонця, такі газові гіганти містять в своєму складі велику кількість водню, а також інших мікроелементів. Різниця між планетою і планетою і зіркою, біля якої відбувалося її формування, дозволяє зрозуміти закономірності цих процесів утворення. Якщо ж розглядати невеликі планети, то за період часу з початку їх формування складу встиг значно змінитися. Тут є відразу кілька факторів, які призводять до змін, включаючи цикл вуглецю.

Тому завданням Кевіна Хенг і його колег протягом останніх 8 років є адаптація моделей клімату, які розроблені для нашої планети, під особливості екзопланет. Необхідно зрозуміти, як їх можна налаштувати і модифікувати при необхідності. Отримані моделі дозволять краще розібратися в зібраної інформації про структуру атмосфери планет, які можна буде досліджувати за допомогою нових приладів. В результаті вдасться точно сказати про те, яку природу мають компоненти, визначені в якості біосигналів.

Можливості моделювання сьогодні дозволяють нам розглянути життєвий шлях планет з більш драматичною долею. Маленькі планети, які обертаються навколо червоної зірки, здатні підтримувати життя тільки в разі наявності вузької орбіти. Це може зробити їх замкнутими, що ми спостерігаємо у випадку з гарячими Юпітерами. Якщо одна сторона газового гіганта є холодною, то цілком можливо, що умови на ній досить екстремальні для формування льоду. Отримуючи процес постійної конденсації гази перетворюються в лід, що може привести до атмосферного колапсу. Результати подібного процесу ми можемо спостерігати і сьогодні, вивчаючи неживий Марс, що втратив власну атмосферу. На даний момент роботи спрямовані на підготовку теоретичної бази, яка може знадобитися під час реалізації майбутніх місій. Однією з них є відправка супутника CHEOPS, завдяки якому можна буде отримати масив інформації для підтвердження або спростування теорій. Запуск телескопа Вебба запланований в 2021-му році, призведе до якісного поліпшення інформації що збирається. Може статися так, що атмосферний колапс виступає досить поширеним явищем, і у значного відсотка зірок просто немає власної атмосфери. Це змусить нас переглянути поточні інструменти для вивчення екзопланет.

Російською