Как мы будем искать жизнь на далеких экзопланетах?

Поиск внеземной жизни — это, бесспорно, одно из самых глубоких научных мероприятий нашего времени. Если внеземная биологическая жизнь будет найдена возле другого мира возле другой звезды, мы, наконец, узнаем, что жизнь за пределами нашей Солнечной системы возможна. Найти следы внеземной биологии в далеких мирах крайне нелегко. Но астрономы разрабатывают новую технику, которая будет использоваться мощными телескопами следующего поколения и позволит им точно измерить вещества в атмосфере экзопланет. Надежда, конечно, состоит в том, чтобы найти доказательства внеземной жизни.

В последнее время поиск экзопланет привлек много внимания, благодаря отчасти открытию семи небольших инопланетных миров, вращающихся вокруг крошечной звезды — красного карлика TRAPPIST-1. Три из этих экзопланет вращаются в потенциально обитаемой зоне звезды. То есть в области возле любой звезды, в которой будет не слишком горячо и не слишком холодно, чтобы вода могла существовать в жидком виде.

Везде на Земле, где есть жидкая вода, есть жизнь, поэтому если хоть один из потенциально обитаемых миров TRAPPIST-1 будет обладать водой, на нем может быть и жизнь.

Но жизненный потенциал TRAPPIST-1 остается чистым домыслом. Несмотря на то, что эта удивительная звездная система находится на заднем дворе нашей галактики, мы понятия не имеем, существует ли вода в атмосфере хоть одного из этих миров. Мы даже не знаем, есть ли у них атмосфера. Все, что мы знаем, это то, как долго экзопланеты проходят по орбите и каковы их физические размеры.

«Первое обнаружение биосигнатур в других мирах может быть одним из самых значительных научных открытий нашей жизни», говорит Гаррет Руан, астроном Калифорнийского технологического института. «Это будет серьезный шаг к тому, чтобы ответить на один из самых больших вопросов человечества: одиноки ли мы?».

Руан работает в Лаборатории экзопланетарных технологий Калтеха, ET Lab, которая разрабатывает новые стратегии поиска экзопланетарных биосигнатур, таких как молекулы кислорода и метана. Обычно молекулы вроде этих активно реагируют с другими химическими веществами, быстро распадаясь в планетарной атмосфере. Поэтому если астрономы найдут спектроскопический «отпечаток» метана в атмосфере экзопланеты, это может означать, что за его производство ответственны инопланетные биологические процессы.

К сожалению, мы не можем просто взять самый мощный в мире телескоп и направить его на TRAPPIS-1, чтобы увидеть, содержат ли атмосферы этих планет метан.

«Чтобы обнаружить молекулы в атмосферах экзопланет, астрономы должны иметь возможность анализировать свет планеты, не будучи полностью ослепленными светом соседней звезды», говорит Руан.

К счастью, красные карликовые звезды (или М-карлики) вроде TRAPPIST-1 холодные и тусклые, поэтому проблема засвета будет менее острой. И поскольку эти звезды являются самым распространенным типом звезд в нашей галактике, ученые обращают внимание в первую очень на красные карлики в поисках открытий.

Астрономы используют инструмент, известный как «коронограф», чтобы изолировать отраженный звездный свет от экзопланеты. Как только коронограф улавливает тусклый свет экзопланеты, спектрометр с низким разрешением анализирует химические «отпечатки» этого мира. К сожалению, эта технология ограничена изучением только самых крупных экзопланет, вращающихся вдали от своих звезд.

Новые методы ET Lab используют коронограф, оптические волокна и спектрометр высокого разрешения, которые работают сообща, выделяя свечение звезды и улавливая подробный химический отпечаток любого мира на ее орбите. Этот метод известен как high-dispersion coronography (HDC) и может перевернуть наше представление о разнообразии экзопланетарных атмосфер. Работа на эту тему была опубликована в The Astronomy Journal.

«Что делает метод HDC мощным, так это то, что можно выявить спектральную сигнатуру планеты, даже когда она похоронена в ярком свете звезды», говорит Руан. «Это позволяет обнаруживать молекулы в атмосфере планет, которые чрезвычайно трудно визуализировать».

«Трюк состоит в том, чтобы разделить свет на множество сигналов и создать то, что астрономы называют спектром высокого разрешения, который помогает отличить сигнатуру планеты от остального звездного света».

Все, что нужно сейчас, это мощный телескоп для подключения системы.

В конце 2020-х годов Тридцатиметровый телескоп станет крупнейшим в мире наземным оптическим телескопом, и когда он будет использоваться совместно с HDC, астрономы смогут исследовать атмосферы потенциально пригодных для жизни миров, вращающихся вокруг красных карликов.

«Обнаружение кислорода и метана в атмосферах планет земного типа, вращающихся вокруг М-карликов, похожих на Проксиму Центавра b, силами Тридцатиметрового телескопа будет чрезвычайно волнительным», говорит Руан. «Нам еще многое предстоит узнать о потенциальной обитаемости этих планет, но вполне может быть так, что эти планеты окажутся похожими на Землю».

По оценкам, в нашей галактике есть 58 миллиардов красных карликов, и известно, что большинство из них будут иметь планеты, поэтому когда Тридцатиметровый телескоп вступит в работу, астрономы смогут найти многое, что раньше оставалось недоступным.

В 2016 году астрономы обнаружили экзопланету размером с Землю, вращающуюся возле ближайшего к Земле М-карлика, Проксимы Центавра. Проксима b также вращается в пределах потенциально обитаемой зоны своей звезды, что делает ее главной мишенью для поиска инопланетной жизни. Находясь на расстоянии всего в четыре световых года, Проксима b буквально дразнит нас возможностью посетить ее когда-нибудь в будущем.