Астрономия и космосПланетология

Сможет ли телескоп Джеймс Уэбб обнаружить обитаемые экзопланеты?

Экзопланеты распространены в нашей галактике, а некоторые даже вращаются в так называемой обитаемой зоне своей звезды.

Не проходит и месяца, чтобы мы не услышали о новой и потенциально обитаемой экзопланете. Авторы исследований неизменно предполагают, что космический телескоп Джеймс Уэбб обладает уникальной способностью наблюдать за этими мирами, чтобы определить, могут ли они содержать жизнь — или даже есть ли там жизнь сейчас. Хотя это правда, что Уэбб в этом отношении более способен, чем другие телескопы, но, к сожалению, все не так просто, как навести его на планету и сделать снимок. Два астрофизика НАСА, работающие над проектом Уэбба, объясняют в новом интервью, почему даже этому мощному инструменту будет трудно обнаружить инопланетную жизнь.

Из более чем 5000 известных экзопланет лишь несколько десятков потенциально пригодны для жизни. Эти миры очень малы, и скорее всего, они каменистые и находятся в зоне обитания своей звезды или в зоне Златовласки. Однако даже не все эти планеты являются возможными целями для Уэбба.

По словам ученых Кристофера Старка и Книколь Колон из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, только экзопланеты с транзитными орбитами могут привлечь внимание Уэбба, и множество условий могут негативно повлиять на способность Уэбба собирать данные.

В этой инфографике сравниваются характеристики трех классов звезд
В этой инфографике сравниваются характеристики трех классов звезд в нашей галактике: солнцеподобные звезды классифицируются как G-звезды; звезды, менее массивные и холодные, чем наше Солнце, — это K-карлики; и еще более слабые и холодные звезды — красные карлики (M-карлики). Размер обитаемой зоны различен для каждого класса звезд. В Солнечной системе обитаемая зона начинается сразу за орбитой Венеры и почти достигает Марса.

У транзитной экзопланеты есть орбита, на которой она находится перед родительской звездой с нашей точки зрения здесь, на Земле. Когда она проходит перед звездой, часть ее света проходит через атмосферу экзопланеты (если она есть).

Чтобы обнаружить этот свет и отличить его от неизмененного звездного света, понадобится очень чувствительный телескоп, способный наблюдать инфракрасные волны — это Джеймс Уэбб. На основе этих данных можно обнаружить молекулы, важные для жизни, такие как водяной пар, метан и углекислый газ. Тогда молекулы биосигнатуры, такие как аммиак, фосфин и хлорметан, могли бы указывать на присутствие жизни.

Даже когда планеты имеют правильную орбиту, Уэббу сложно дать характеристику атмосферы из-за множества факторов. Старк и Колон используют в качестве примера экзопланету LHS 1140 b. Недавний анализ порога обнаружения газов в атмосфере этой супер-Земли предполагает, что для сбора достаточного количества данных может потребоваться 10-50 проходов. Это означает, что потребуется 40 — 200 часов наблюдения, прежде чем телескоп обнаружит молекулы биосигнатуры. Поскольку LHS 1140 не видна круглый год, сбор достаточного количества данных может занять несколько лет — или даже целое десятилетие.

транзит экзопланеты
Когда экзопланета проходит прямо между своей родительской звездой и наблюдателем, мы говорим, что планета проходит транзитом перед своей родительской звездой. Этот транзит на измеримую величину затемняет свет звезды, а звездный свет также фильтруется через атмосферу экзопланеты, если она есть. Эта анимация показывает одну планету и соответствующее изменение уровня освещенности во время транзита. Фото: Лаборатория реактивного движения НАСА.

Существует также проблема ненастной погоды, которая может повлиять на любую планету, имеющую атмосферу. Большая облачность может затмить спектр пропускания атмосферы. Аналогично, звездные пятна на родительской звезде могут содержать высокий уровень водяного пара, поэтому трудно определить, есть ли вода на планете.

“»Обнаружение биосигнатур в атмосферах небольших, потенциально пригодных для жизни транзитных планет, вращающихся вокруг холодных звезд, — чрезвычайно сложная задача, требующая, как правило, идеальных условий (например, атмосферы без облаков) или предположения о ранней земной среде (т.е. отличной от современной Земли, какой мы ее знаем), обнаружения сигналов размером значительно меньше 200 частей на миллион, хорошей звезды без значительного количества водяного пара в звездных пятнах и значительного времени работы телескопа для достижения достаточного отношения сигнал/шум» — говорят исследователи.

Смоделированный спектр пропускания земной атмосферы
Смоделированный спектр пропускания земной атмосферы показывает длины волн солнечного света, которые поглощают такие молекулы, как озон (O3), вода (H2O), углекислый газ (CO2) и метан (CH4). (Обратите внимание, что на этом графике ось Y показывает количество света, блокируемого атмосферой планеты, похожей на Землю, а не яркость солнечного света, проходящего через атмосферу: яркость уменьшается снизу вверх.)

«Важно также помнить, что обнаружение одной биосигнатуры любым способом не означает обнаружения жизни. Для обнаружения жизни на экзопланете, скорее всего, потребуется большой набор однозначно обнаруженных биопризнаков, данные от множества миссий и обсерваторий, а также обширные усилия по моделированию атмосферы, и этот процесс, вероятно, займет годы».

«Сила Уэбба в том, что он обладает чувствительностью, позволяющей обнаружить и начать характеризовать атмосферы нескольких наиболее многообещающих потенциально обитаемых планет, вращающихся вокруг холодных звезд. В частности, Уэбб обладает способностью обнаруживать ряд молекул, важных для жизни, таких как водяной пар, метан и углекислый газ.

-Наша цель — узнать как можно больше о мирах, которые могут быть потенциально обитаемы, даже если мы не сможем окончательно идентифицировать признаки обитаемости с помощью Уэбба. Наблюдения Уэбба в сочетании с исследованиями экзопланет с помощью нового космического телескопа Nancy Grace Roman, который готовится к запуску (май 2027 г.), в конечном итоге заложат основу для будущей обсерватории обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory — HWO), которая станет первой миссией НАСА, предназначенной для непосредственного получения изображений и поиска химических следов, вызванных жизнью на планетах земного типа, вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце..”

Дополнительно
NASA
Показать больше
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Back to top button