JWST wykazał, że potrafi wykryć odciski palców życia na egzoplanetach

składniki życia rozprzestrzenił się po całym wszechświecie. Chociaż Ziemia jest jedynym znanym miejscem we wszechświecie, w którym istnieje życie, odkrycie życia pozaziemskiego jest Główny cel Z współczesna astronomia A nauka planetarna.

Jesteśmy dwoma uczonymi, którzy studiują planety zewnętrzne A astrobiologia. W dużej mierze dzięki teleskopom nowej generacji, takim jak James Webb, naukowcy tacy jak my wkrótce będą mogli mierzyć skład chemiczny atmosfer planet wokół innych gwiazd. Miejmy nadzieję, że co najmniej jedna z tych planet będzie miała chemiczny odcisk palca na całe życie.

Nadające się do zamieszkania planety zewnętrzne

życie Może istnieć w układzie słonecznym Tam, gdzie jest woda w stanie ciekłym – na przykład warstwy wodonośne na Marsie lub w oceanach księżyca Jowisza Europa. Jednak poszukiwanie życia w tych miejscach jest bardzo trudne, ponieważ trudno jest dotrzeć i wykryć życie wymaga wysłania sondy, aby zwrócić próbki fizyczne.

Wielu astronomów uważa, że ​​istnieje plik Dobra szansa na życie na planetach krążących wokół innych gwiazdI to może być to miejsce Życie zostanie odnalezione jako pierwsze.

Obliczenia teoretyczne wskazują, że jest coś bliskiego 300 milionów potencjalnie nadających się do zamieszkania planet W samej Drodze Mlecznej i Wiele nadających się do zamieszkania planet wielkości Ziemi W odległości zaledwie 30 lat świetlnych od Ziemi – zasadniczo sąsiadów ludzkości w galaktyce. Do tej pory astronomowie Odkryj ponad 5000 egzoplanetw tym setki potencjalnie nadających się do zamieszkania, używając metody pośrednie który mierzy, jak planeta wpływa na pobliską gwiazdę. Pomiary te mogą dostarczyć astronomom informacji o masie i rozmiarze egzoplanety, ale nic więcej.

Szukasz biosygnatur

Aby odkryć życie na odległej planecie, astrobiolodzy zbadają istniejące światło gwiazd Wejdź w interakcję z powierzchnią lub atmosferą planety. Jeśli atmosfera lub powierzchnia jest zmieniana przez życie, światło może zawierać wskazówkę zwaną „biosygnaturą”.

W pierwszej połowie swojego istnienia Ziemia miała atmosferę pozbawioną tlenu, chociaż żyła w niej proste, jednokomórkowe życie. Żywotny ślad Ziemi był bardzo słaby w tej wczesnej epoce. To nagle się zmieniło 2,4 miliarda lat temu Kiedy wyewoluowała nowa rodzina glonów. Glony wykorzystywały fotosyntezę, która wytwarza wolny tlen – tlen, który nie jest chemicznie związany z żadnym innym pierwiastkiem. Od tego czasu wypełniona tlenem atmosfera Ziemi pozostawiła silny i łatwo wykrywalny ślad na przechodzącym przez nią świetle.

Kiedy światło odbija się od powierzchni materiału lub przechodzi przez gaz, pewne długości fal są bardziej podatne na uwięzienie w gazie lub powierzchni materiału niż inne. To selektywne dopasowanie długości fal światła jest przyczyną różnych kolorów obiektów. Liście są zielone, ponieważ chlorofil jest szczególnie dobry w pochłanianiu światła w zakresie fal czerwonych i niebieskich. Kiedy światło pada na papier, czerwone i niebieskie fale są pochłaniane, pozostawiając głównie zielone światło odbijające się z powrotem w twoich oczach.

O wzorze utraconego światła decyduje specyficzna kompozycja materiału, z którym światło oddziałuje. Z tego powodu astronomowie mogą dowiedzieć się czegoś o składzie atmosfery lub powierzchni egzoplanety, mierząc konkretny kolor światła pochodzącego z planety.

Metodę tę można wykorzystać do identyfikacji obecności pewnych gazów atmosferycznych związanych z życiem – takich jak tlen czy metan – ponieważ gazy te pozostawiają w świetle bardzo specyficzne sygnały. Może być również używany do wykrywania dziwnych kolorów na powierzchni planety. Na przykład na Ziemi rośliny chlorofil i inne barwniki oraz glony wykorzystywane w fotosyntezie wykorzystują określone długości fal światła. Te barwniki Charakterystyczny kolor produkcji Można go wykryć za pomocą czułej kamery na podczerwień. Jeśli zobaczysz ten kolor odbijający się od powierzchni odległej planety, prawdopodobnie wskazuje to na obecność chlorofilu.

Teleskopy w kosmosie i na Ziemi

Do wykrycia tych subtelnych zmian w świetle z potencjalnie nadającej się do zamieszkania egzoplanety potrzebny jest niewiarygodnie potężny teleskop. Obecnie jedynym teleskopem zdolnym do takiego wyczynu jest nowy teleskop Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. tak jak jest Rozpoczęły się działania naukowe W lipcu 2022 r. James Webb przeprowadził uroczą lekturę Gazowy gigant egzoplaneta WASP-96b. Widmo wykazało obecność wody i chmur, ale jest mało prawdopodobne, aby na dużej, gorącej planecie, takiej jak WASP-96b, pojawiło się życie.

Jednak te wczesne dane pokazują, że James Webb jest w stanie wykryć słabe sygnały chemiczne w świetle z egzoplanet. W nadchodzących miesiącach Webb miała skierować swoje lustra w stronę TRAPPIST-1epotencjalnie nadająca się do zamieszkania planeta o rozmiarach Ziemi zaledwie 39 lat świetlnych od Ziemi.

Webb może szukać danych biometrycznych, badając i rejestrując planety, które przechodzą przed swoimi gwiazdami macierzystymi Światło gwiazd, które przepływa przez atmosferę planety. Ale Webb nie został zaprojektowany do poszukiwania życia, więc teleskop jest w stanie zbadać tylko kilka najbliższych potencjalnie nadających się do zamieszkania światów. Może również wykryć zmiany wprowadzone do Poziomy dwutlenku węgla, metanu i pary wodnej w atmosferze. Chociaż niektóre kombinacje tych gazów To może sugerować życieWebb nie jest w stanie wykryć obecności niezwiązanego tlenu, który jest najsilniejszym wskaźnikiem życia.

Pionierskie koncepcje przyszłych teleskopów kosmicznych, a nawet potężniejszych, obejmują plany zablokowania jasnego światła gwiazdy macierzystej Ziemi w celu wykrycia światła gwiazd odbitego od planety. Ten pomysł jest podobny do używania dłoni do blokowania światła słonecznego, aby lepiej widzieć coś z daleka. Przyszłe teleskopy kosmiczne mogą w tym celu wykorzystywać małe maski do wnętrz lub duże, podobne do spadochronów statki kosmiczne. Gdy światło gwiazd zostanie zablokowane, znacznie łatwiej jest badać światło odbijające się od planety.

Obecnie budowane są również trzy masywne teleskopy naziemne, które będą w stanie wyszukiwać biometryczne odciski palców: Gigantyczny Teleskop Magellana, Trzydziestometrowy teleskop i europejski bardzo duży teleskop. Każdy z nich jest znacznie potężniejszy niż teleskopy na Ziemi i chociaż są one zasłaniane przez ziemską atmosferę zniekształcającą światło gwiazd, teleskopy te mogą badać atmosferę najbliższych światów tlenowych.

Czy to biologia czy geologia?

Nawet przy użyciu najpotężniejszych teleskopów w nadchodzących dziesięcioleciach astrobiolodzy będą w stanie wykryć jedynie potężne biosygnatury wytwarzane przez światy całkowicie zmienione przez życie.

Niestety większość gazów uwalnianych przez życie naziemne może być również wytwarzana w procesach niebiologicznych – krowy i wulkany wydzielają metan. Fotosynteza wytwarza tlen, ale światło słoneczne również robi to, gdy cząsteczki wody rozkładają się na tlen i wodór. tam Dobra szansa dla astronomów na wykrycie fałszywych alarmów W poszukiwaniu odległego życia. Aby wykluczyć fałszywe alarmy, astronomowie będą musieli wystarczająco dobrze zrozumieć interesującą planetę, aby zrozumieć, czy tak jest. Procesy geologiczne lub atmosferyczne mogą naśladować biosygnaturę.

Następna generacja badań egzoplanet ma potencjał do przekroczenia poziomu Niezwykłe dowody Potrzebujesz udowodnić istnienie życia. Pierwsze wydanie danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba daje nam poczucie ekscytującego postępu, który nadchodzi.

Chris EmbiZasłużony profesor astronomii, Uniwersytet Arizony A Daniel Abayprofesor astronomii i nauk planetarnych, Uniwersytet Arizony

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.