JWST ukazuje, že dokáže rozpoznať znaky života na exoplanétach

ingrediencie pre život šíri po celom vesmíre, Zatiaľ čo Zem je jediným známym miestom vo vesmíre so životom, detekcia života mimo Zeme je a hlavný cieľ z moderná astronómia A planetárna veda,

sme dvaja vedci, ktorí študujú exoplanéty A astronómia, Vďaka teleskopom novej generácie, ako je James Webb, budú vedci ako my čoskoro schopní zmerať chemické zloženie planetárnych atmosfér okolo iných hviezd. Dúfame, že jedna alebo viaceré z týchto planét budú mať chemické znaky života.

obývateľná exoplanéta

Život môže existovať v slnečnej sústave Tam, kde je tekutá voda – ako napríklad podpovrchové vodonosné vrstvy na Marse alebo v oceánoch Jupiterovho mesiaca Európa. Nájsť život v týchto lokalitách je však neuveriteľne ťažké, pretože sú ťažko dosiahnuteľné a odhalenie života by si vyžadovalo zaslanie sondy na vrátenie fyzických vzoriek.

Mnoho astronómov verí, že existuje a Existuje veľká šanca, že život existuje na planétach obiehajúcich okolo iných hviezd.A je možné, že práve tu život bude na prvom mieste,

Teoretické výpočty ukazujú, že existuje približne 300 miliónov potenciálne obývateľných planét sám v galaxii a Mnoho obývateľných planét veľkosti Zeme Len 30 svetelných rokov od Zeme – v podstate galaktického suseda ľudstva. Astronómovia zatiaľ áno Objavili viac ako 5000 exoplanétvrátane stoviek potenciálne obývateľných ľudí, ktorí využívajú nepriame metódy Meria, ako planéta ovplyvňuje svoju najbližšiu hviezdu. Tieto merania môžu poskytnúť astronómom informácie o hmotnosti a veľkosti exoplanéty, ale nič iné.

hľadá biopodpis

Aby astronómovia našli život na vzdialenej planéte, budú študovať svetlo hviezd, v ktorých interakcie s povrchom alebo atmosférou planéty, Ak bola atmosféra alebo povrch zmenený životom, potom svetlo môže mať vodítko, ktoré sa nazýva „biopodpis“.

Počas prvej časti svojej existencie mala Zem atmosféru bez kyslíka, aj keď sa na nej nachádzal jednoduchý jednobunkový život. Biologický podpis Zeme bol počas tejto ranej éry veľmi bledý. zrazu sa zmenil pred 2,4 miliardami rokov Keď sa vyvinula nová rodina rias. Riasy využívajú proces fotosyntézy, pri ktorej vzniká voľný kyslík – kyslík, ktorý nie je chemicky viazaný na žiadny iný prvok. Odvtedy zemská atmosféra plná kyslíka zanechala silný a ľahko zistiteľný biologický podpis na svetle, ktoré ňou prechádza.

Keď sa svetlo odrazí od povrchu materiálu alebo prechádza plynom, niektoré vlnové dĺžky svetla budú pravdepodobnejšie zachytené v povrchu plynu alebo materiálu ako iné. Objekty sú sfarbené odlišne kvôli tomuto selektívnemu zachytávaniu vlnových dĺžok svetla. Listy sú zelené, pretože chlorofyl je obzvlášť dobrý pri absorpcii svetla v červenej a modrej vlnovej dĺžke. Keď svetlo dopadá na list, červené a modré vlnové dĺžky sú absorbované, čo umožňuje väčšinu zeleného svetla späť do vašich očí.

Vzor chýbajúceho svetla je určený špecifickým zložením materiálu, s ktorým svetlo interaguje. Astronómovia sa vďaka tomu môžu dozvedieť niečo o zložení atmosféry alebo povrchu exoplanéty, skrátka meraním špecifickej farby svetla prichádzajúceho z planéty.

Táto metóda môže byť použitá na identifikáciu prítomnosti určitých atmosférických plynov, ktoré sú spojené so životom – ako je kyslík alebo metán – pretože tieto plyny zanechávajú na svetle veľmi výrazné podpisy. Môže byť tiež použitý na detekciu zvláštnych farieb na povrchu planéty. Na Zemi napríklad chlorofyl a iné pigmenty používané na fotosyntézu rastlín a rias zachytávajú špecifické vlnové dĺžky svetla. tieto postavy vytvárať špecifické farby Ktoré sa dajú zistiť pomocou citlivej infračervenej kamery. Ak uvidíte túto farbu odrážajúcu sa od povrchu vzdialenej planéty, pravdepodobne to bude znamenať prítomnosť chlorofylu.

Teleskopy vo vesmíre a na Zemi

Na zistenie týchto jemných zmien vo svetle prichádzajúcom z potenciálne obývateľných exoplanét je potrebný neuveriteľne výkonný ďalekohľad. Zatiaľ jediným ďalekohľadom, ktorý je schopný takéhoto výkonu, je nový Vesmírny teleskop Jamesa Webba, tento formulár vedecké operácie začali V júli 2022 si James Webb prečítal spektrum plynná obrovská exoplanéta WASP-96b, Spektrum ukázalo prítomnosť vody a oblakov, ale planéta taká veľká a horúca ako WASP-96b pravdepodobne nebude hostiteľom života.

Tieto predbežné údaje však ukazujú, že James Webb bol schopný odhaliť slabé chemické podpisy vo svetle prichádzajúcom z exoplanét. V nadchádzajúcich mesiacoch sa Webb chystá obrátiť svoje zrkadlá smerom k sebe TRAPPIST-1EPotenciálne obývateľná planéta veľkosti Zeme, ktorá je od Zeme vzdialená len 39 svetelných rokov.

Webb môže hľadať biologické podpisy štúdiom a zachytávaním planét prechádzajúcich pred ich hostiteľskými hviezdami Súhvezdie, ktoré filtruje atmosféru planéty, Webb však nebol skonštruovaný na hľadanie života, takže teleskop bol schopný skúmať len niektoré z najbližších potenciálne obývateľných svetov. Môže tiež zistiť zmeny iba v Atmosférické hladiny oxidu uhličitého, metánu a vodnej pary, Zatiaľ čo nejaká kombinácia týchto plynov môže naznačovať životWebbovi sa nepodarilo zistiť prítomnosť nekonjugovaného kyslíka, čo je najsilnejšia indikácia života.

Koncepty vedúce k budúcim, ešte výkonnejším vesmírnym teleskopom zahŕňajú plán blokovania jasného svetla hostiteľskej hviezdy planéty, aby sa odhalilo svetlo hviezd odrazené späť od planéty. Myšlienka je podobná použitiu ruky na blokovanie slnečného svetla, aby ste lepšie videli niečo v diaľke. Budúce vesmírne teleskopy na to môžu využívať menšie vnútorné fasády alebo väčšie vonkajšie vesmírne lode podobné dáždnikom. Akonáhle je svetlo hviezdy zablokované, je oveľa jednoduchšie študovať svetlo odrážajúce sa od planéty.

V súčasnosti sú tiež vo výstavbe tri masívne pozemné teleskopy, ktoré budú schopné vyhľadávať biologické podpisy: obrovský Magellanov ďalekohľadThe tridsaťmetrový ďalekohľad A to európsky obrovský ďalekohľad, Každý z nich je oveľa výkonnejší ako existujúce teleskopy na Zemi a napriek skreslenému hviezdnemu obmedzeniu zemskej atmosféry môžu byť tieto teleskopy schopné sondovať v najbližšej svetovej atmosfére kyslík.

Je to biológia alebo geológia?

Aj s použitím najvýkonnejších teleskopov nadchádzajúcich desaťročí budú astronómovia schopní odhaliť iba silné biologické podpisy vytvorené svetmi, ktoré život úplne zmenil.

Bohužiaľ, väčšina plynov uvoľnených pozemským životom môže byť produkovaná aj nebiologickými procesmi – kravy aj sopky uvoľňujú metán. Fotosyntéza produkuje kyslík, ale aj slnečné svetlo, keď rozdeľuje molekuly vody na kyslík a vodík. je tam jedna Dobrá šanca, že astronómovia zistia nejaké falošné pozitíva Pri hľadaní vzdialeného života. Aby astronómovia pomohli vylúčiť falošné pozitíva, budú musieť dostatočne porozumieť zaujímavej planéte, aby vedeli, či je Geologické alebo atmosférické procesy môžu napodobňovať biologické podpisy,

Štúdia exoplanét novej generácie má potenciál prekonať latku mimoriadny dôkaz Je potrebné dokázať existenciu života. Prvé zverejnenie údajov z vesmírneho teleskopu Jamesa Webba nám dáva pocit vzrušujúceho pokroku, ktorý príde.

Chris Impeyvážený profesor univerzitnej astronómie, University of Arizona A Daniel Apaiprofesor astronómie a planetárnych vied, University of Arizona

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia Pod licenciou Creative Commons. čítať pôvodný článok,