|
Телескоп LIFE обнаружил биосигналы на Земле
|
|
|
|
Мы знаем, что существуют тысячи экзопланет, и еще многие миллионы ожидают своего открытия. Но подавляющее большинство экзопланет просто непригодны для жизни. Что касается тех немногих, которые могут быть пригодны для жизни, мы можем определить, пригодны ли они, только изучив их атмосферы. LIFE, большой интерферометр для экзопланет, может помочь. Поиск биосигнатур на потенциально обитаемых экзопланетах набирает обороты. JWST успешно собрал некоторые атмосферные спектры из атмосфер экзопланет, но у него много других задач, и время для наблюдений очень востребовано. Планируемый космический телескоп под названием LIFE предназначен для поиска биосигналов экзопланет, и недавно исследователи провели его тест: может ли он обнаружить биосигналы Земли? Как интерферометр, LIFE состоит из пяти отдельных телескопов, которые будут работать в унисон, чтобы увеличить рабочий размер телескопа. LIFE разрабатывается ETH Zurich (Федеральный технологический институт Цюриха) в Швейцарии. LIFE будет наблюдаться в среднем инфракрасном диапазоне, где можно обнаружить спектральные линии важных биоиндикаторных химических веществ - озона, метана и закиси азота.
|
|
|
|
LIFE будет находиться в точке Лагранжа 2, примерно в 1,5 миллионах км (1 миллионе миль) от нас, где также находится JWST. Из этого местоположения он будет наблюдать за списком экзопланет-мишеней в надежде найти биосигналы. "Наша цель - обнаружить химические соединения в спектре света, которые намекают на жизнь на экзопланетах", - объяснила Саша Кванц, профессор по экзопланетам и обитаемости в ETH Zurich, которая возглавляет инициативу LIFE. LIFE - это все еще только концепция, и исследователи хотели проверить ее эффективность. Поскольку она еще не была построена, команда исследователей использовала атмосферу Земли в качестве тестового примера. Они рассматривали Землю так, как если бы она была экзопланетой, и проверяли методы ЖИЗНИ на соответствие известному спектру атмосферы Земли в различных условиях. Для работы с данными они использовали инструмент под названием LifeSim. Исследователи часто используют смоделированные данные для проверки возможностей миссии, но в данном случае они использовали реальные данные.
|
|
|
Их результаты опубликованы в Astronomical Journal. Исследование озаглавлено "Большой интерферометр для экзопланет (LIFE). XII. Возможность обнаружения биосигналов Capstone в среднем инфракрасном диапазоне - улавливание экзопланетного веселящего газа и метилированных галогенов". Ведущим автором является доктор Даниэль Ангерхаузен, астрофизик и астробиолог из ETH в Цюрихе. В реальном сценарии Земля была бы просто далеким, почти неразличимым пятнышком. Все, что могла бы увидеть LIFE, - это атмосферный спектр планеты, который со временем менялся бы в зависимости от того, какие виды захватывал телескоп и, что особенно важно, как долго он наблюдал за ним. Эти спектры будут собираться с течением времени, и это приводит к важному вопросу: как геометрия наблюдений и сезонные вариации повлияют на наблюдения LIFE? К счастью для исследовательской группы, у нас есть достаточно данных наблюдений за Землей, с которыми они могут работать. Исследователи работали с тремя различными геометриями наблюдений: двумя видами с полюсов и одним из экваториальной области. С этих трех точек зрения они работали с атмосферными данными за январь и июль, которые объясняют наибольшие сезонные колебания.
|
|
|
|
Хотя атмосферы планет могут быть чрезвычайно сложными, астробиологи сосредотачиваются на определенных аспектах, чтобы выявить потенциал планеты для размещения жизни. Особый интерес представляют химические вещества N20, CH3Cl и CH3Br (закись азота, хлорметан и бромметан), все из которых могут быть получены биогенным путем. "Мы используем набор сценариев, полученных из моделей химической кинетики, которые моделируют реакцию атмосферы на различные уровни биогенного производства N2O, CH3Cl и CH3Br в богатых O2 атмосферах планет земной группы, для создания перспективных моделей для нашего программного обеспечения LifeSim observation simulator", - пишут авторы. В частности, исследователи хотели знать, сможет ли LIFE обнаружить CO2, воду, озон и метан на планете Земля с расстояния примерно в 30 световых лет. Это признаки умеренного климата, поддерживающего жизнь в мире - особенно озон и метан, которые вырабатываются жизнью на Земле, — поэтому, если LIFE может обнаружить биологическую химию на Земле таким образом, она может обнаружить ее и в других мирах. LIFE смогла обнаружить CO2, воду, озон и метан на Земле. Также были обнаружены некоторые поверхностные условия, указывающие на наличие жидкой воды. Интересно, что результаты LIFE не зависели от того, под каким углом смотреть на Землю. Это важно, поскольку мы не знаем, с каких ракурсов LIFE будет наблюдать за экзопланетами.
|
|
|
|
Сезонные колебания - другая проблема, и их было не так легко наблюдать. Но, к счастью, похоже, что это не будет ограничивающим фактором. "Даже если сезонность атмосферы нелегко наблюдать, наше исследование демонстрирует, что космические миссии следующего поколения могут оценить, пригодны ли близлежащие экзопланеты с умеренным климатом земли для жизни или даже обитаемы ли они вообще", - сказал Куанц. Однако обнаружить нужные химические вещества недостаточно. Критическим моментом является то, сколько времени это займет. Создание космического интерферометра, который обнаружил бы эти химические вещества, но на это ушло бы слишком много времени, было бы непрактичным или эффективным. "Мы используем результаты для определения времени наблюдения, необходимого для обнаружения этих сценариев, и применяем их для определения научных требований к миссии", - пишет исследовательская группа в своей статье. Чтобы нарисовать более широкую картину времени наблюдения за LIFE, исследователи составили список целей. Они создали "... распределение расстояний между планетами HZ с радиусами от 0,5 до 1,5 радиуса Земли вокруг звезд типа M и FGK в пределах 20 пк от Солнца, на которых обнаруживается LIFE". Данные для этих целей получены от НАСА и из других предыдущих исследований.
|
|
|
|
Результаты показывают, что для некоторых целей требуется всего несколько дней, в то время как для других может потребоваться до 100 дней, чтобы обнаружить соответствующие концентрации. То, что команда называет "золотыми целями", наблюдать проще всего. Планеты в Проксиме Центавра являются примером таких типов целей. Для наблюдения за этими планетами требуется всего несколько дней. Потребуется около десяти дней наблюдений с помощью LIFE, чтобы наблюдать "определенные стандартные сценарии, такие как планеты земной группы с умеренным климатом вокруг звезды M, находящиеся на расстоянии пяти ПК", - пишут исследователи. Наиболее сложные случаи, которые все еще возможны, - это экзопланеты, которые являются двойниками Земли на расстоянии около 5 парсеков. Согласно результатам, ЖИЗНИ требуется примерно 50-100 дней наблюдений, чтобы обнаружить биосигналы.
|
|
|
|
На данный момент LIFE все еще остается лишь потенциальной миссией. Это не первая предлагаемая миссия, которая была бы сосредоточена исключительно на обитаемости экзопланет. В 2023 году НАСА предложило создать обсерваторию обитаемых миров (HWO). Его цель - непосредственно сфотографировать по меньшей мере 25 потенциально обитаемых миров, а затем провести поиск биосигналов в их атмосферах. Но, по словам авторов, их результаты показывают, что LIFE - лучший вариант. "Если по соседству с Солнцем существуют звездные экзопланетные системы позднего типа с планетами, которые демонстрируют глобальные биосферы, производящие сигналы N2O и CH3X, LIFE будет наиболее подходящей будущей миссией для систематического поиска и, в конечном счете, обнаружения их", - заключают они.
|
|
|
|
Источник
|
