|
Разведка потенциально обитаемых миров
|
|
|
|
Экзопланеты распространены в нашей галактике, а некоторые даже вращаются в так называемой обитаемой зоне своей звезды. Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба был занят наблюдением за несколькими из этих небольших, потенциально пригодных для жизни планет, и сейчас астрономы усердно работают над анализом данных Уэбба. Мы приглашаем докторов Николе Колон и Кристофера Старка, двух ученых проекта Уэбба из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, рассказать нам больше о трудностях, связанных с изучением этих других миров: "Потенциально обитаемая планета часто определяется как планета, похожая по размерам на Землю, которая вращается в "обитаемой зоне" своей звезды, в месте, где температура планеты может быть такой, что на ее поверхности может существовать жидкая вода. В настоящее время нам известно около 30 планет, которые могут быть маленькими, скалистыми планетами, подобными Земле, и которые вращаются в пригодной для жизни зоне. Однако нет никакой гарантии, что планета, вращающаяся в обитаемой зоне, действительно пригодна для жизни (она могла бы поддерживать жизнь), не говоря уже о том, что она обитаема (в настоящее время она поддерживает жизнь). На момент написания этой статьи была известна только одна пригодная для жизни планета — Земля.
|
|
|
|
"Все потенциально обитаемые миры, которые наблюдает Уэбб, являются транзитными экзопланетами, что означает, что их орбиты расположены почти вплотную, так что они проходят перед своими звездами-хозяевами. Уэбб использует эту ориентацию для проведения спектроскопии пропускания, когда планета проходит перед своей звездой. Такая ориентация позволяет нам изучать звездный свет, проходящий через атмосферы планет, чтобы узнать об их химическом составе. "Однако количество звездного света, блокируемого тонкой атмосферой маленькой каменистой планеты, невелико и обычно составляет менее 0,02%. Просто обнаружить атмосферу вокруг таких маленьких миров очень сложно. Определить наличие водяных паров, которые могут способствовать возникновению обитаемости, еще сложнее. Поиск биосигналов (газов, образующихся биологическим путем) - чрезвычайно сложное, но в то же время увлекательное занятие. "В настоящее время существует лишь несколько небольших, потенциально пригодных для жизни миров, которые считаются доступными для определения характеристик атмосферы с помощью Webb, включая планеты LHS 1140 b и TRAPPIST-1 e.
|
|
|
"Некоторые недавние теоретические работы, исследующие возможность обнаружения газовых молекул в атмосфере планеты размером со сверхземлю LHS 1140 b, выявляют несколько проблем в поиске биосигналов. В работе отмечается, что для попытки обнаружения потенциальных биосигналов, таких как аммиак, фосфин, хлорметан и закись азота, потребуется приблизительно 10-50 пролетов планеты вокруг своей звезды-хозяина, что эквивалентно 40-200 часам наблюдений с помощью Webb, в лучшем случае при ясной и безоблачной погоде. атмосфера. "Учитывая, что Webb не может наблюдать за системой LHS 1140 круглый год из-за расположения системы на небе, потребуется несколько лет, если не почти десятилетие, чтобы собрать 50 наблюдений за прохождением LHS 1140 b . Поиск биосигналов может потребовать даже более 50 наблюдений за прохождением, если атмосфера планеты плотная", - сказал он. облачно. Известно, что у большинства малых экзопланет есть облака или дымка, которые ослабляют или скрывают искомый сигнал. Атмосферные сигналы этих биосигнальных газов также имеют тенденцию перекрываться с другими ожидаемыми атмосферными сигналами (например, из-за газообразного метана или углекислого газа), поэтому различение различных сигналов является еще одной сложной задачей.
|
|
|
|
"Потенциальным направлением в поиске биосигнатур является изучение планет-гигантов, которые теоретически представляют собой класс планет размером со Сверхземлю с относительно тонкой атмосферой, богатой водородом, и значительным количеством океана в жидкой воде. Согласно текущим данным Webb и других обсерваторий, суперземля K2-18b является кандидатом на роль потенциально обитаемой планеты Гайсея. "Недавно опубликованная работа использовала NIRSpec и NIRISS для обнаружения метана и углекислого газа в атмосфере K2-18b, но не воды. Это означает, что предположение о том, что K2-18b - это мир Хайса с океаном жидкой воды, по-прежнему основано на теоретических моделях, а прямых наблюдательных доказательств пока нет. Авторы работы также намекнули на возможное присутствие потенциального биосигнала диметилсульфида в атмосфере K2-18b, но потенциальный сигнал диметилсульфида слишком слаб для окончательного обнаружения в текущих данных.
|
|
|
|
"Концепция и изучение класса планет-гигантов очень новы, так что альтернативные интерпретации сценария океана с жидкой водой (и, следовательно, потенциальной обитаемой среды) все еще находятся в стадии изучения. Предстоящие наблюдения Webb с помощью приборов NIRSpec и MIRI должны пролить дополнительный свет на природу потенциальной планеты Hycean K2-18 b и на возможное присутствие диметилсульфида в ее атмосфере. "Еще одним фактором, затрудняющим изучение Уэббом небольших потенциально обитаемых миров, является то, что звезды-хозяева также могут проявлять признаки наличия водяного пара. Это было обнаружено в ходе недавних наблюдений Уэббом каменистой экзопланеты, известной как GJ 486 b. Поэтому перед нами стоит дополнительная задача - определить, действительно ли водяной пар, обнаруженный Уэббом, поступает из атмосферы планеты, а не от ее звезды.
|
|
|
|
"Обнаружение биосигналов в атмосферах небольших, потенциально пригодных для жизни транзитных планет, вращающихся вокруг холодных звезд, является чрезвычайно сложной задачей, обычно требующей идеальных условий (например, атмосферы без облаков) или предполагающей, что условия на ранней Земле (т.е. отличающиеся от современной Земли, какой мы ее знаем), значительно облегчают обнаружение сигналов. плотность меньше 200 частей на миллион, звезда в хорошем состоянии, без значительного количества водяного пара в звездных пятнах, и требуется значительное время для получения достаточного соотношения сигнал/шум в телескопе. "Также важно иметь в виду, что обнаружение единственного биосигнала любым способом не означает обнаружения жизни. Обнаружение жизни на экзопланете, вероятно, потребует большого набора однозначно обнаруженных биосигналов, данных из многочисленных миссий и обсерваторий, а также обширных усилий по моделированию атмосферы, что, вероятно, займет годы.
|
|
|
|
"Сила Webb заключается в том, что он обладает достаточной чувствительностью, чтобы обнаружить и начать характеризовать атмосферы нескольких наиболее многообещающих потенциально обитаемых планет, вращающихся вокруг холодных звезд. В частности, Webb способен обнаруживать ряд молекул, важных для жизни, таких как водяной пар, метан и углекислый газ. Наша цель - узнать как можно больше о мирах, которые потенциально могут быть пригодны для жизни, даже если мы не сможем окончательно идентифицировать признаки жизни с помощью Webb. "Наблюдения Уэбба в сочетании с исследованиями экзопланет с помощью космического телескопа НАСА "Нэнси Грейс Роман", который готовится к запуску, в конечном итоге заложат основу для будущей обсерватории обитаемых миров, которая станет первой миссией НАСА, предназначенной для непосредственного получения изображений и поиска химических следов, вызванных жизнью на планетах земного типа, вращающихся вокруг солнцеподобных планет."
|
|
|
|
Источник
|
