Отслеживание границы обитаемой зоны с помощью диоксида серы
Астрономы определи серу как потенциально важный индикатор для сужения круга поиска жизни на других планетах. Хотя сама сера не обязательно является показателем обитаемости, значительная концентрация диоксида серы (SO2) в атмосфере планеты может указывать на то, что планета, вероятно, непригодна для жизни, что позволяет исследователям исключить ее из дальнейшего рассмотрения.
Открытие внеземной жизни остается одной из самых востребованных целей в современной астрономии, однако это сложная задача. Космический телескоп Джеймс Уэбб вряд ли обнаружит биосигнатуры — атмосферные газы, вырабатываемые живыми организмами — на близлежащих планетах. Аналогичным образом, будущая Обсерватория Обитаемых Миров сможет оценить лишь ограниченное количество потенциально обитаемых экзопланет.
Одно из основных препятствий, с которыми сталкиваются астрономы, — это обычно слабая природа спектров биосигнатур. Чтобы решить эту проблему, они сосредотачиваются на потенциале планет для жизни, в частности, за счет наличия водяного пара в их атмосферах.
Планета с существенным содержанием водяного пара может с большей вероятностью поддерживать жизнь. Эта концепция заключена в «Обитаемой зоне» — области вокруг звезды, где планета получает ровно столько излучения, сколько нужно: не слишком мало, чтобы заморозить всю воду, и не слишком много, чтобы позволить ей выкипеть.
В солнечной системе Венера находится вблизи внутреннего края Обитаемой зоны с температурой поверхности, превышающей 450 градусов по Цельсию под плотной атмосферой, в то время как Марс находится в основном за пределами зоны, его вода в основном заключена в полярных ледяных шапках и подземных резервуарах. Однако обнаружение только воды создает проблемы. Например, различить Землю и Венеру, основываясь только на атмосферных спектрах, сложно из-за их сходства, если искать только водяной пар.
Недавно группа астрономов выявила еще один потенциально полезный индикаторный газ для различения необитаемых и потенциально обитаемых миров: диоксид серы. Теплые, влажные планеты, такие как Земля, содержат минимальное количество диоксида серы, поскольку он вымывается из атмосферы дождем.
Напротив, поскольку на Венере отсутствует гидрологический цикл из-за потери изначального водного запаса, SO2 может накапливаться до значительных концентраций в ее атмосфере. Это наблюдается в нижней атмосфере Венеры, где SO2 является третьим по распространенности атмосферным газом, однако это не так в верхней атмосфере из-за эффективного фотохимического истощения диоксида серы солнечным излучением, что приводит к образованию облаков H2 SO4 . Таким образом, SO2 не будет наблюдаться на Венере-близнеце вокруг родительской звезды класса G-карлика, несмотря на отсутствие у Венеры гидрологического цикла и поверхностных океанов.
При этом, экзопланеты, вращающиеся вокруг красных карликов, представляют собой другой сценарий. Эти звезды испускают минимальное ультрафиолетовое излучение, что позволяет диоксиду серы сохраняться в верхних слоях атмосферы сухих, непригодных для жизни планет. Красные карлики представляют особый интерес, поскольку они являются наиболее распространенным типом звезд в галактике, и многие близлежащие системы, такие как Проксима Центавра и TRAPPIST-1, содержат планеты вокруг красных карликов, что делает их главными целями для будущих поисков жизни.
Этот новый подход с использованием диоксида серы не определяет планеты, на которых может быть жизнь, но помогает исключить те, на которых ее, вероятно, нет. Если в атмосфере каменистой планеты, вращающейся вокруг красного карлика, обнаруживается значительное количество диоксида серы, это говорит о сухом, жарком мире с плотной атмосферой и небольшим количеством или полным отсутствием воды, похожем на Венеру. Такие планеты могут быть лишены приоритета в поиске жизни. Напротив, отсутствие значительного количества диоксида серы может указывать на то, что планета заслуживает дальнейшего наблюдения на предмет наличия водяного пара и потенциальной жизни.
Поиск жизни на других планетах потребует обширных исследовательских усилий и непоколебимой решимости. Любой метод, включая анализ уровней диоксида серы для оптимизации списков кандидатов, имеет большую ценность в этом начинании.