Tento mesiac bude znamenať novú kapitolu v hľadaní mimozemského života, keď najvýkonnejší vesmírny teleskop, aký bol kedy postavený, začne špehovať planéty obiehajúce okolo iných hviezd. Astronómovia dúfajú, že vesmírny teleskop Jamesa Webba odhalí, či niektoré z týchto planét majú prostredie, ktoré by mohlo podporovať život.
Identifikácia atmosféry v akejkoľvek inej slnečnej sústave by bola celkom pozoruhodná. Existuje však aj šanca – aj keď malá – že jedna z týchto atmosfér poskytne vodítko k tomu, čo je známe ako biologický podpis: život.
„Myslím si, že sa nám podarí nájsť planéty, o ktorých si myslíme, že sú zaujímavé – viete, majú dobré vyhliadky na život,“ povedala Megan Mansfieldová, astronómka z University of Arizona. „Ale nemusíme nevyhnutne rozpoznať život hneď.“
Odteraz je Zem jedinou planétou vo vesmíre, na ktorej je známy život. Vedci posielali sondy na Mars už takmer 60 rokov a doteraz sa im na Marse nepodarilo urobiť žiadne objavy. Je však možné, že život sa skrýva pod povrchom Červenej planéty alebo čaká na objavenie na mesiacoch Jupitera alebo Saturna. Niektorí vedci vyjadrili nádej, že dokonca VenušaNapriek svojej horiacej atmosfére oblakov oxidu siričitého môže byť domovom Venušanov.
Aj keď je Zem jedinou planétou v našej slnečnej sústave, ktorá skrýva život, vo vesmíre existuje mnoho ďalších slnečných sústav nazývaných exoplanéty.
V roku 1995 videli švajčiarski astronómovia prvú exoplanétu obiehajúcu okolo hviezdy podobnej Slnku. Exoplanéta, známa ako 51 Pegasi b, sa ukázala byť bezproblémovým domovom života – nafúknutý plynný obr väčší ako Jupiter a 1800 stupňov Fahrenheita.
V nasledujúcich rokoch vedci zistili Viac ako 5000 ďalších exoplanét, Niektoré z nich sú oveľa viac podobné Zemi – približne rovnakej veľkosti, sú vyrobené z kameňa a nie z plynu a obiehajú v „zóne Zlatovlásky“ okolo svojej hviezdy, nie dosť blízko na to, aby dozreli, ale nie tak ďaleko, aby zamrzla.
Bohužiaľ, relatívne malá veľkosť týchto exoplanét ich doteraz mimoriadne sťažovala na štúdium. Vesmírny teleskop Jamesa Webba, ktorý bol vypustený minulé Vianoce, to zmení a bude pôsobiť ako zväčšovacie sklo, ktoré astronómom umožní vidieť tieto svety bližšie.
Od svojho štartu z Kourou vo Francúzskej Guyane má ďalekohľad cestoval Milión míľ od Zeme vstupuje na obežnú dráhu okolo Slnka. Tam štít chráni svoje 21-stopové zrkadlo pred akýmkoľvek teplom alebo svetlom zo Slnka alebo Zeme. V tejto hlbokej tme môžu teleskopy odhaliť slabé, vzdialené záblesky svetla, vrátane tých, ktoré môžu odhaliť nové podrobnosti o vzdialených planétach.
Vesmírny teleskop je „prvým veľkým vesmírnym observatóriom, ktoré pri svojom návrhu zohľadňuje štúdium atmosfér exoplanét“, povedal Dr. Mansfield.
Inžinieri NASA začali fotografovať rad objektov pomocou teleskopu Webb v polovici júna a svoje prvé snímky zverejnia verejnosti 12. júla.
Vedúci programu, Eric Smith, povedal, že v prvej sérii obrázkov budú exoplanéty. Keďže teleskop by pozorovaním exoplanét strávil relatívne málo času, Dr. Smith považoval tieto prvé snímky za „rýchly a špinavý“ pohľad na silu teleskopu.
Po týchto rýchlych pohľadoch bude nasledovať séria veľmi dlhých pozorovaní, počnúc júlom, ktoré ponúknu jasnejší obraz exoplanéty.
Niekoľko tímov astronómov ho plánuje vidieť sedem planét Ktorý obieha okolo hviezdy s názvom TRAPPIST-1. Skoršie pozorovania naznačili, že tieto tri planéty sú v obývateľnej zóne.
„Je to ideálne miesto na hľadanie stôp života mimo Slnečnej sústavy,“ povedala Olivia Lim, postgraduálna študentka Montrealskej univerzity, ktorá bude od 4. júla pozorovať planéty TRAPPIST-1.
Pretože TRAPPIST-1 je menšia, chladnejšia hviezda, jej obývateľná zóna je k nej bližšie ako v našej vlastnej slnečnej sústave. Výsledkom je, že jeho potenciálne obývateľné planéty obiehajú v tesnej blízkosti, pričom obeh okolo hviezdy trvá len niekoľko dní. Zakaždým, keď planéty prejdú pred TRAPPIST-1, budú vedci schopní vyriešiť základnú, ale dôležitú otázku: Má niektorá z nich atmosféru?
„Ak nemá vzduch, nie je obývateľný, aj keď je v obývateľnej zóne,“ povedala Nicole Lewis, astronómka z Cornell University.
Dr. Lewis a ďalší astronómovia by neboli prekvapení, keby okolo planét TRAPPIST-1 nenašli žiadne atmosféry. Aj keď planéty pri svojom vzniku vytvorili atmosféru, hviezda ich už dávno zničila ultrafialovým a röntgenovým žiarením.
„Je možné, že by mohli odstrániť všetku atmosféru na planéte skôr, ako bude mať vôbec šancu vytvoriť život,“ povedal Dr. Mansfield. „To je otázka prvého rádu, na ktorú sa tu snažíme odpovedať: môžu mať tieto planéty dostatočne dlhú atmosféru, aby sa v nich mohol rozvinúť život?“
Planéta prechádzajúca pred TRAPPIST-1 bude vrhať malý tieň, ale ten bude príliš malý na to, aby ho zachytil vesmírny teleskop. Namiesto toho teleskop zaznamená mierny pokles svetla putujúceho z hviezdy.
„Je to ako sledovať zatmenie Slnka so zatvorenými očami,“ povedal Jacob Lustig-Yager, astronóm s postdoktorandským štipendiom v Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. „Možno máte pocit, že svetlo stmavlo.“
Planéta s atmosférou stlmí hviezdu za ňou inak ako holá planéta. Časť svetla hviezdy bude prechádzať priamo cez atmosféru, ale plyny budú absorbovať svetlo na určitých vlnových dĺžkach. Ak by sa astronómovia pozerali na svetlo hviezd len pri týchto vlnových dĺžkach, planéta by TRAPPIST-1 stlmila ešte viac.
Teleskop pošle tieto pozorovania TRAPPIST-1 späť na Zem. „A potom dostanete e-mail, ktorý je ako: ‚Dobrý deň, vaše údaje sú k dispozícii‘,“ povedal Dr. Mansfield.
Ale svetlo prichádzajúce z TRAPPIST-1 bude také slabé, že bude chvíľu trvať, kým ho pochopíte. „Vaše oko je zvyknuté na prácu s miliónmi fotónov za sekundu,“ povedal Dr. Smith. „Ale tieto teleskopy len zbierajú niekoľko fotónov za sekundu.“
Predtým, ako Dr. Mansfield alebo jeho kolegovia astronómovia môžu analyzovať exoplanétu prechádzajúcu pred TRAPPIST-1, musia ju najprv oddeliť od drobných fluktuácií spôsobených vlastným strojovým zariadením teleskopu.
„Veľa práce, ktorú naozaj robím, je uistiť sa, že pomocou teleskopu opatrne opravujeme čokoľvek divné, aby sme mohli vidieť tie malé malé signály,“ povedal Dr. Mansfield.
Je možné, že na konci tohto úsilia Dr. Mansfield a jeho kolegovia objavia atmosféru okolo planéty TRAPPIST-1. Ale len tento výsledok neodhalí povahu atmosféry. Môže byť bohatý na dusík a kyslík, ako na Zemi, alebo podobný toxickému duseniu oxidu uhličitého a kyseliny sírovej na Venuši. Alebo to môže byť zmes, ktorú vedci nikdy predtým nevideli.
„Nevieme, z čoho sú tieto atmosféry vyrobené,“ povedal Alexander Rathke, astronóm z Technickej univerzity v Dánsku. „Máme nápady, simulácie a všetky tie veci, ale naozaj nemáme poňatia. Budeme sa musieť ísť pozrieť.“
Vesmírny teleskop Jamesa Webba, niekedy nazývaný JWST, sa môže ukázať ako dostatočne výkonný na určenie špecifických zložiek atmosféry exoplanét, pretože každý typ molekuly absorbuje iný rozsah vlnových dĺžok svetla.
Tieto objavy však budú závisieť od počasia na exoplanétach. Jasná, reflexná prikrývka mrakov môže zabrániť akémukoľvek svetlu hviezd vo vstupe do atmosféry exoplanéty, čím zničí akýkoľvek pokus nájsť cudzí vzduch.
„Je naozaj ťažké rozlíšiť medzi zamračenou atmosférou alebo atmosférou bez,“ hovorí Dr. povedal Rathke.
Ak počasie spolupracuje, astronómovia obzvlášť dychtivo sledujú, či sa v atmosfére exoplanéty nachádza voda. Prinajmenšom na Zemi je voda základnou požiadavkou pre biológiu. „Myslíme si, že by to bol pravdepodobne dobrý štartovací bod pre hľadanie života,“ povedal Dr Mansfield.
Ale atmosféra plná vody by neznamenala, že na exoplanéte je život. Aby si boli istí, že planéta je nažive, vedci musia nájsť biologický podpis, molekulu alebo kombináciu niekoľkých molekúl, ktoré sú jedinečne vytvorené živými tvormi.
Vedci stále diskutujú o tom, čo by vytvorilo spoľahlivý biologický podpis. Atmosféra Zeme je v našej slnečnej sústave výnimočná tým, že obsahuje veľa kyslíka, najmä produkt rastlín a rias. Ale kyslík sa dá vyrobiť aj bez pomoci života, keď sa molekuly vody vo vzduchu rozdelia. Podobne môžu metán uvoľňovať živé mikróby, ale aj sopky.
Je možné, že existuje špeciálna rovnováha plynov, ktorá môže poskytnúť jasný biologický podpis, ktorý nemožno udržať bez pomoci života.
„Potrebujeme mimoriadne priaznivé scenáre, aby sme našli tieto biologické podpisy,“ povedal Dr. povedal Rathke. „Nehovorím, že to nie je možné. Myslím si, že je to pritiahnuté za vlasy. Musíme mať obrovské šťastie.“
Na nájdenie takejto rovnováhy bude možno musieť Webbov teleskop pozorovať planétu, ktorá opakovane prechádza pred TRAPPIST-1, povedal Joshua Chrisanson-Toton, planetárny vedec z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz.
„Ak niekto príde v priebehu nasledujúcich piatich rokov a povie: ‚Áno, našli sme život s JWST‘, bol by som voči tomuto tvrdeniu veľmi skeptický,“ povedal Dr. Chrisansen-Totten.
Je možné, že vesmírny teleskop Jamesa Webba nebude schopný nájsť biopodpis. Táto úloha si možno bude musieť počkať na ďalšiu generáciu vesmírnych teleskopov vzdialenú viac ako desať rokov. Tieto budú študovať exoplanéty rovnakým spôsobom, akým ľudia vidia Mars alebo Venušu na nočnej oblohe: pozorovaním svetla hviezd, ktoré sa od nich odráža na čiernom pozadí vesmíru, namiesto toho, aby ich videli, keď prechádzajú pred hviezdami.
„Predovšetkým položíme veľmi dôležité základy pre budúce teleskopy,“ povedal Dr. Rathke predpovedal. „Bol by som veľmi prekvapený, keby JWST poskytoval detekciu biopodpisov, ale dúfam, že mám pravdu. Teda, to je v podstate to, čo robím.“
