Мы не сможем обнаружить жизнь даже в системе TRAPPIST-1
Если мы когда-нибудь найдем жизнь в других мирах, вряд ли это будет послание из космоса. Вполне возможно, что инопланетная цивилизация специально посылает нам радиосообщение, похожее на сцену из «Контакта», но более вероятным сценарием является то, что мы наблюдаем некую биологическую сигнатуру в атмосфере экзопланеты, такую как кислород или хлорофилл. Но, как показывает недавнее исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, это может быть сложнее, чем мы думали. Есть основания надеяться. Мы уже можем напрямую фотографировать некоторые экзопланеты и обнаруживать такие молекулы, как вода, в их атмосферах. Однако все планеты, которые мы непосредственно наблюдали, являются газовыми гигантами. Мы пока не можем сфотографировать планеты размером с Землю в обитаемой зоне звезды, но есть прием, который мы можем использовать для изучения их атмосфер. Большинство обнаруженных нами планет были обнаружены методом транзита, когда планета проходит перед звездой, что приводит к небольшому падению наблюдаемой яркости звезды.
Но пока планета находится перед звездой, часть звездного света пройдет через атмосферу планеты, прежде чем достигнет нас. Наблюдая за спектром звезды во время планетарного транзита, мы можем измерить, какой свет поглощает атмосфера. По линиям поглощения мы можем определить состав атмосферы планеты. Это небольшой эффект, но достаточно ли он велик, чтобы быть полезным для астрономов? Это вопрос, на который должно было ответить это новое исследование. Для нынешних обсерваторий однозначно нет. Поэтому команда сосредоточилась на моделировании телескопов, которые появятся в относительно ближайшем будущем. Эти чрезвычайно большие телескопы будут иметь зеркала размером 10 и более метров, возможно, до 50–100 метров. И хотя эти телескопы должны быть в состоянии обнаруживать все виды молекул в атмосфере планеты, команда сосредоточилась на кислороде. Кислород нестабилен в атмосфере, потому что он очень сильно реагирует с другими материалами.
На Земле атмосферный кислород пополняется живыми существами. Если мы обнаружим кислород в атмосфере экзопланеты, это хороший показатель того, что там может быть жизнь. Хорошая новость заключается в том, что эти будущие большие телескопы смогут наблюдать за кислородом в экзопланетарной атмосфере. Атмосфера должна быть достаточно прозрачной и плотной, но это возможно. Плохая новость заключается в том, что астрономам придется потратить немало времени, чтобы отделить сигнал от шума. Даже эти большие телескопы будут захватывать лишь несколько пикселей света от звезды, а наблюдения за атмосферой могут происходить только во время транзита планеты. Это означает, что, чтобы найти сигнал в шуме, астрономам придется наблюдать несколько прохождений. Возможно, их сотни.
В качестве примера команда рассмотрела планетарную систему, известную как TRAPPIST-1. Она находится примерно в 40 световых годах от нас и имеет 7 планет размером примерно с Землю. Четыре из них вращаются в обитаемой зоне звезды. Поскольку TRAPPIST-1 является красным карликом, обитаемая зона находится довольно близко к звезде, а потенциально обитаемые миры имеют период обращения от 4 до 12 дней. Если мы предположим, что эти планеты имеют атмосферу, подобную земной, с большим количеством свободного кислорода, потребуются тысячи транзитов, чтобы получить положительный результат. Команда изучила порог достоверности в 3 сигмы и обнаружила, что для подтверждения наличия атмосферного кислорода потребуется от 16 до 55 лет наблюдений, и это с использованием телескопов, которые еще не построены.
