JWST ukázal, že dokáže detekovat otisky prstů života na exoplanetách

složky života se rozšířil po celém vesmíru. Zatímco Země je jediným známým místem ve vesmíru, kde existuje život, objev mimozemského života ano Hlavním cílem Z moderní astronomie A planetární věda.

Jsme dva učenci, kteří studují vnější planety A astrobiologie. Z velké části díky dalekohledům nové generace, jako je James Webb, budou výzkumníci jako my brzy schopni měřit chemické složení atmosfér planet kolem jiných hvězd. Doufejme, že jedna nebo více těchto planet bude mít chemický otisk pro život.

Obyvatelné vnější planety

život Může existovat ve sluneční soustavě Tam, kde je kapalná voda – jako jsou vodonosné vrstvy na Marsu nebo v oceánech Jupiterova měsíce Europa. Hledání života v těchto místech je však velmi obtížné, protože je obtížné se k němu dostat a odhalit život vyžaduje vyslání sondy, která vrátí fyzické vzorky.

Mnoho astronomů věří, že existuje soubor Dobrá šance na život na planetách obíhajících kolem jiných hvězdA tohle by mohlo být to místo Život se najde jako první.

Teoretické výpočty naznačují, že je něco blízko 300 milionů potenciálně obyvatelných planet V samotné Mléčné dráze a Mnoho obyvatelných planet velikosti Země Pouze 30 světelných let od Země – v podstatě sousedé lidstva v galaxii. Zatím astronomové Objevte více než 5 000 exoplanetvčetně stovek potenciálně obyvatelných, využívajících nepřímé metody který měří, jak planeta ovlivňuje svou blízkou hvězdu. Tato měření mohou astronomům poskytnout informace o hmotnosti a velikosti exoplanety, ale nic víc.

Hledám bio podpisy

Aby astrobiologové objevili život na vzdálené planetě, budou studovat stávající světlo hvězd Interakce s povrchem nebo atmosférou planety. Pokud je atmosféra nebo povrch pozměněn životem, světlo může nést stopu zvanou „biosignatura“.

Během první poloviny své existence měla Země atmosféru bez kyslíku, i když v ní žil jednoduchý, jednobuněčný život. Životní stopa Země byla během této rané éry velmi slabá. To se najednou změnilo před 2,4 miliardami let Když se vyvinula nová rodina řas. Řasy využívaly fotosyntézu, která produkuje volný kyslík – kyslík, který není chemicky vázán na žádný jiný prvek. Od té doby zanechávala zemská atmosféra naplněná kyslíkem silný a snadno zjistitelný vitální otisk na světle, které jí procházelo.

Když se světlo odráží od povrchu materiálu nebo prochází plynem, určité vlnové délky pravděpodobně zůstanou zachyceny v plynu nebo povrchu materiálu než jiné. Toto selektivní přizpůsobení vlnových délek světla je důvodem různých barev objektů. Listy jsou zelené, protože chlorofyl je zvláště dobrý při absorpci světla v červené a modré vlnové délce. Když světlo dopadne na papír, červené a modré vlnové délky se pohltí a většinou zelené světlo se odrazí zpět do vašich očí.

Vzor ztraceného světla je určen specifickým složením materiálu, se kterým světlo interaguje. Z tohoto důvodu se astronomové mohou dozvědět něco o složení atmosféry nebo povrchu exoplanety měřením specifické barvy světla, které pochází z planety.

Tato metoda může být použita k identifikaci přítomnosti určitých atmosférických plynů spojených se životem – jako je kyslík nebo metan – protože tyto plyny zanechávají ve světle velmi specifické otisky prstů. Může být také použit k detekci podivných barev na povrchu planety. Na Zemi například rostliny chlorofyl a další pigmenty a řasy používané při fotosyntéze využívají specifické vlnové délky světla. Tato barviva Výrazná barevná produkce Lze jej detekovat pomocí citlivé infračervené kamery. Pokud vidíte tuto barvu odrážející se od povrchu vzdálené planety, pravděpodobně to ukazuje na přítomnost chlorofylu.

Dalekohledy ve vesmíru a na Zemi

Detekce těchto jemných změn světla z potenciálně obyvatelné exoplanety vyžaduje neuvěřitelně výkonný dalekohled. V současnosti je jediným dalekohledem schopným takového výkonu nový dalekohled Vesmírný dalekohled Jamese Webba. jak to je Začaly vědecké operace V červenci 2022 provedl James Webb roztomilé čtení Plynová obří exoplaneta WASP-96b. Spektrum ukázalo přítomnost vody a mraků, ale velká horká planeta jako WASP-96b pravděpodobně nebude hostitelem života.

Tato časná data však ukazují, že James Webb je schopen detekovat slabé chemické signály ve světle z exoplanet. V nadcházejících měsících byla Webb nastavena na otočení svých zrcadel směrem k sobě TRAPPIST-1epotenciálně obyvatelná planeta velikosti Země jen 39 světelných let od Země.

Webb může hledat biometrii studiem a zachycováním planet, když procházejí před svými hostitelskými hvězdami Hvězdné světlo, které proudí atmosférou planety. Webb ale nebyl navržen tak, aby hledal život, takže dalekohled je schopen prozkoumat pouze několik nejbližších potenciálně obyvatelných světů. Dokáže také detekovat provedené změny Hladiny oxidu uhličitého, metanu a vodní páry v atmosféře. Zatímco určité kombinace těchto plynů Může to naznačovat životWebb není schopen detekovat přítomnost nevázaného kyslíku, což je nejsilnější známka života.

Průkopnické koncepty pro budoucí vesmírné teleskopy, a ještě výkonnější, zahrnují plány blokovat jasné světlo hostitelské hvězdy Země a detekovat světlo hvězd odražené od planety. Tato myšlenka je podobná použití ruky k zablokování slunečního světla, abyste lépe viděli něco z dálky. Budoucí vesmírné teleskopy by k tomu mohly používat malé vnitřní masky nebo velkou vnější kosmickou loď podobnou padáku. Jakmile je světlo hvězd zablokováno, je mnohem snazší studovat světlo odrážející se od planety.

V současné době jsou také ve výstavbě tři masivní pozemní teleskopy, které budou schopny vyhledávat biometrické otisky prstů: Obří Magellanův dalekohledThe Třicetimetrový dalekohled a evropský velmi velký dalekohled. Každý z nich je mnohem výkonnější než teleskopy na Zemi, a přestože jsou blokovány zemskou atmosférou, která deformuje světlo hvězd, mohou být tyto dalekohledy schopny prozkoumat atmosféru nejbližších světů kyslíku.

Je to biologie nebo geologie?

I s použitím nejvýkonnějších dalekohledů v nadcházejících desetiletích budou astrobiologové schopni detekovat pouze silné biologické podpisy produkované světy zcela změněnými životem.

Bohužel většina plynů uvolněných pozemským životem může být produkována i nebiologickými procesy – krávy a sopky uvolňují metan. Fotosyntéza produkuje kyslík, ale také sluneční světlo, když štěpí molekuly vody na kyslík a vodík. tam Dobrá šance pro astronomy, aby objevili nějaké falešně pozitivní výsledky Při hledání vzdáleného života. Aby astronomové pomohli vyloučit falešně pozitivní výsledky, budou muset porozumět zajímavé planetě dostatečně dobře, aby pochopili, zda tomu tak je. Geologické nebo atmosférické procesy mohou napodobovat biosignaturu.

Nová generace studií exoplanet má potenciál překonat úroveň Neobvyklé důkazy Potřeba dokázat existenci života. První zveřejnění dat z vesmírného teleskopu Jamese Webba nám dává tušit vzrušující pokrok, který brzy přijde.

Chris Embivážený univerzitní profesor astronomie, University of Arizona A Daniel Abayprofesor astronomie a planetárních věd, University of Arizona

Tento článek byl znovu publikován z Konverzace Pod licencí Creative Commons. Číst Původní článek.