Супертелескопите идват, огромни наземни и космически обсерватории, които ще ни позволят директно да наблюдаваме атмосферите на далечните светове. Знаем, че има живот на Земята и нашата атмосфера разказва приказката, така че можем ли да направим същото с екстрасоларни планети? Оказва се, че измисляйки един-единствен биосигнатура, химикал в атмосферата, който ви казва, че да, абсолютно всичко има живот на този свят, е наистина трудно.
Трябва да призная, в миналото бях доста зле за това. В стари епизоди на Astronomy Cast и Weekly Space Hangout, дори и тук, в Ръководството за Космоса, съм казвал, че ако просто можем да изпробваме атмосферата на далечен свят, можем да кажем с убеждение, ако има живот там.
Просто открийте озон в атмосферата, метан или дори замърсяване и бихте могли да кажете „там има живот.“ Е, бъдещият Фрейзър е тук, за да поправи миналото на Фрейзър. Докато се възхищавам на наивния му ентусиазъм за търсенето на извънземни, се оказва, че както винаги, нещата ще се окажат по-трудни, отколкото мислехме по-рано.
Астробиолозите всъщност се борят да измислят един биосигнатура за пушене, която може да се използва, за да се каже, че има живот там. И това е така, защото естествените процеси изглежда имат умни начини да ни заблудят.
Какви са някои потенциални биосигнатури, защо са проблематични и какво ще е необходимо, за да получите това потвърждение?
Да започнем със свят, близък до дома: Марс.
В продължение на почти две десетилетия астрономите откриват големи облаци метан в атмосферата на Марс. Тук, на Земята, метанът идва от живи същества, като бактерии и пердещи крави. Освен това метанът се разгражда лесно от слънчевата светлина, което означава, че това не е древен метан, останал от милиарди години. Някой процес на Марс постоянно го попълва.
Но какво?
Е, в допълнение към живота, метанът може да се образува естествено чрез вулканизъм, когато скалите взаимодействат с нагрята вода.
НАСА се опита да стигне до дъното на този въпрос с гребците на Spirit and Opportunity и се очакваше любопитството да има инструментите на борда, за да намери източника на метана.
В течение на няколко месеца Curiosity откри тласък на метан там на повърхността, но дори това доведе до противоречие. Оказва се, че самият роувър е носил метан и е можел да замърси зоната около себе си. Може би метанът, който открива, идва от само себе си. Възможно е също така скалист метеорит да е паднал наблизо и да е пуснал газ, който е замърсил резултатите.
Мисията на ExoMars на Европейската космическа агенция пристигна на Марс през октомври 2016 г. Въпреки че Ландърът на Шиапарели е унищожен, орбитърът на „Трейс Газ“ оцелява в пътуването и започва да картографира атмосферата на Марс много подробно, търсейки места, които могат да изпускат метан и т.н. далеч нямаме категорични резултати.
С други думи, на Марс имаме флот от орбити и десанти, оборудвани с инструменти, предназначени да издухват и най-слабия полъх на метана на Марс.
Има някои наистина интригуващи намеци за това как нивата на метан на Марс изглежда се покачват и падат със сезоните, което показва живот, но астробиолозите все още не са съгласни.
Извънредните претенции изискват извънредни доказателства и всичко това.
Някои телескопи вече могат да измерват атмосферата на планетите, обикалящи около други звезди. За последното десетилетие космическият телескоп на НАСА от НАСА очертава атмосферите на различни светове. Например, ето карта на горещия юпитер HD 189733b
, Мястото е гадно, но уау, да се измери атмосфера на друга планета, което е доста зрелищно.
Те извършват този подвиг, като измерват химикалите на звездата, докато планетата минава пред нея, и след това я измерват, когато няма планета. Това ви казва какви химикали планетата носи на партито.
Те също успяха да измерят атмосферата на HAT-P-26b, който е сравнително малък свят с размер на Нептун, обикалящ около орбита на близка звезда, и бяха изненадани да открият водна пара в атмосферата на планетата.
Това означава ли, че има живот? Където и да намерим вода на Земята, ние намираме живот. Не, можете напълно да получите вода, без да имате живот.
Когато стартира през 2019 г., космическият телескоп „Джеймс Уеб“ от НАСА ще изведе това атмосферно усещане на следващото ниво, което ще позволи на астрономите да изучават атмосферите на много повече светове с много по-висока резолюция.
Една от първите мишени за Webb ще бъде системата TRAPPIST-1 със своите половин дузина планети, обикалящи в орбита в обитаемата зона на червена звезда-джудже. Уеб трябва да може да открива озон, метан и други потенциални биосигнатури за цял живот.
И така, какво ще е необходимо, за да можете да видите далечен свят и да знаете със сигурност, че има живот там.
Астробиологът Джон Ли Гренфел от Германския аерокосмически център наскоро създаде доклад, като прегледа всички екзопланетни биосигнатури, които биха могли да бъдат там, и ги прегледа с вероятността те да бъдат индикация за живот в друг свят.
Първата цел ще бъде молекулен кислород, или O2. Дишате го в момента. Е, 21% от всеки дъх, така или иначе. Кислородът ще издържи в атмосферата на друг свят хиляди години без източник.
Той се произвежда тук на Земята чрез фотосинтеза, но ако един свят е очукан от своята звезда и губи атмосфера, водородът се издухва в космоса и молекулярният кислород може да остане. С други думи, не можете да бъдете сигурни по никакъв начин.
Какво ще кажете за озон, известен още като O3? О2 се превръща в О3 чрез химичен процес в атмосферата. Звучи като добър кандидат, но проблемът е, че има естествени процеси, които също могат да произвеждат озон. Има озонов слой на Венера, един на Марс, и те дори са открити около ледени луни в Слънчевата система.
Има азотен оксид, известен още като смях газ. Произвежда се като продукция от бактерии в почвата и помага да допринесе за азотния цикъл на Земята. И има добри новини, изглежда, че Земята е единственият свят в Слънчевата система, който има азотен оксид в своята атмосфера.
Но учените също са разработили модели за това как този химикал би могъл да се генерира в ранната история на Земята, когато неговият богат на сяра океан взаимодейства с азота на планетата. Всъщност и Венера, и Марс можеха да минат през подобен цикъл.
С други думи, може да виждате живот или да виждате млада планета.
Тогава има метан, химикалът, за който прекарахме толкова много време да говорим И както споменах, има метан, произведен от живота тук на Земята, но той също е на Марс, а на Титан има течни океани от метан.
Астробиолозите предполагат други въглеводороди, като етан, изопрен, но и те имат свои проблеми.
Какво ще кажете за замърсителите, отделяни от напреднали цивилизации? Астробиолозите наричат тези „техносигнатури“ и те биха могли да включват неща като хлорофлуоровъглеводороди или ядрени отпадъци. Но отново тези химикали биха били трудни за откриване на светлинни години.
Астрономите ни предложиха да търсим мъртви земи, само за да определим базова линия. Това биха били светове, разположени в обитаемата зона, но очевидно животът никога не се развива. Просто скала, вода и небиологично създадена атмосфера.
Проблемът е, че вероятно дори не можем да измислим начин да потвърдим, че един свят също е мъртъв. Видовете химикали, които бихте очаквали да видите в атмосферата, като въглероден диоксид, могат да бъдат погълнати от океаните, така че дори не можете да направите отрицателно потвърждение.
Един метод може изобщо да не включва сканиране на атмосферата. Растителността тук на Земята отразява обратно много специфична дължина на вълната на светлината в 700-750 нанометрова област. Астробиолозите наричат това "червен ръб", защото ще видите 5X увеличение на отразяващата способност в сравнение с други повърхности.
Въпреки че днес нямаме телескопи, които да правят това, има някои наистина умни идеи, като например да разгледаме как светлината от планетата се отразява на близката луна и да анализираме това. Търсене на екзопланета земна коса.
Всъщност, в ранната история на Земята, тя би изглеждала по-лилава заради архейските бактерии.
Има онлайн флот от космически кораби и наземни обсерватории, които ще ни помогнат да продължим в този въпрос.
Мисията на ESA Gaia ще картографира и характеризира 1% от звездите в Млечния път, като ни казва какви видове звезди са там, както и да открие хиляди планети за по-нататъшно наблюдение.
Космическото проучване за транзитна екзопланета, или TESS, стартира през 2018 г. и ще открие всички транзитни екзопланети с размер на Земята и по-големи в нашия квартал.
Мисията PLATO 2 ще намери скалисти светове в обитаемата зона, а Джеймс Уеб ще може да проучи атмосферата им. Говорихме и за масивния телескоп LUVOIR, който можеше да дойде онлайн през 2030-те, и изведе тези наблюдения на следващото ниво.
И в работата има много повече космически и наземни обсерватории.
Тъй като този следващ кръг телескопи идва онлайн, тези, които са в състояние директно да измерват атмосферата на свят с размер на Земята, обикалящ около друга звезда, астробиолозите ще се борят да намерят биосигнатура, която дава ясен знак, че там е животът.
Вместо сигурност, изглежда, че ще имаме същата борба, за да имаме смисъл от това, което виждаме. Астрономите ще се разминават помежду си, разработват нови техники и нови инструменти за отговор на нерешени въпроси.
Ще отнеме известно време и несигурността ще бъде трудна за справяне. Но не забравяйте, че това е може би най-важният научен въпрос, който всеки може да зададе: сами ли сме във Вселената?
Отговорът си заслужава да се изчака.
Източник: Джон Ли Гренфел: Преглед на екзопланетарните биосигнатури.
Съвет на шапката на д-р Кимбърли Картие, за да ме насочи към този документ. Следете нейната работа в списание EOS.
