Загадка внеземной жизни: будущее астрономических исследований

Можем ли мы найти доказательства внеземной жизни в ближайшем будущем?

Астрономы вскоре получат больше возможностей, чем когда-либо, для обнаружения признаков жизни в атмосферах удаленных миров.

Кароль Хасвелл: Мы живем в очень захватывающее время: ответы на некоторые из древнейших вопросов человечества находятся на расстоянии вытянутой руки. Одним из таких вопросов является, является ли Земля единственным местом, на котором существует жизнь.

За последние 30 лет вопрос о уникальности Солнца в его планетной системе получил убедительный ответ: мы теперь знаем о тысячах экзопланет, обращающихся вокруг других звезд.

Но можем ли мы использовать телескопы для выяснения, несут ли какие-либо из этих удаленных миров также жизнь? Перспективным методом является анализ газов в атмосферах этих планет.

Наша база данных насчитывает более 6000 экзопланет. С таким количеством существующих объектов можно определить, какие из них наиболее перспективны для биологических исследований. Например, используя расстояние планеты от ее звезды, астрономы могут вычислить ее предполагаемую температуру.

Земля — единственная планета в Солнечной системе, имеющая океаны жидкой воды на своей поверхности, поэтому умеренные температуры могут быть необходимым условием для обитаемости планеты. То, есть ли у планеты правильная температура для существования жидкой воды, сильно зависит от состава атмосферы.

Удивительно, но мы можем распознавать молекулы в атмосферах экзопланет. Квантовая механика заставляет каждое атмосферное химическое вещество оставлять уникальный «штрихкод» на световых волнах, проходящих через него. Собирая солнечный свет, который прошел через атмосферу экзопланеты, телескопы могут идентифицировать молекулы, составляющие эту атмосферу.

Однако, чтобы воспользоваться этой возможностью, планета должна пройти перед звездой с нашей точки зрения. Это означает, что метод подходит лишь для небольшой части известных экзопланет.

Сила сигнала зависит от концентрации молекулы в атмосфере: она будет сильнее для наиболее распространенных молекул и уменьшаться с их редкостью. Поэтому, как правило, легче всего обнаруживать доминирующие молекулы, хотя это не всегда так. Некоторые штрихкоды сами по себе очень четкие, а другие — слабые.

Например, атмосфера Земли в основном состоит из двухатомного азота (N2), но этот молекула имеет слабый штрихкод по сравнению с менее распространенными двухатомным кислородом (O2), озоном (O3), углекислым газом (CO2) и водой (H2O).

Обнаружение молекул

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) — это крупный телескоп, который собирает свет на инфракрасных длинах волн. Он был использован для изучения атмосфер различных экзопланет.

Обнаружение молекулярных следов в атмосфере экзопланеты не является абсолютно простым процессом. Разные группы исследователей могут получать различные результаты в результате небольших различий в способах обработки одних и тех же данных. Тем не менее, несмотря на эти трудности, уже были достигнуты воспроизводимые и надежные результаты. Простые молекулы с четкими штрихкодами, такие как метан, углекислый газ и вода, были успешно обнаружены.

Планеты, размером больше Земли, но меньше Нептуна — так называемые «субнептуны» — являются наиболее распространенным типом известных экзопланет. Для одной из таких планет, K2-18b, в 2025 году было сделано смелое утверждение о наличии биосигнатуры. Анализ выявил диимидрол с вероятностью, менее 1 из 1000, что это обнаружение является ложным.

На Земле диимидрол производят фитопланктон в океанах, однако он быстро разрушается в морской воде при солнечном свете. Поскольку K2-18b, возможно, является планетой, полностью покрытой океаном, обнаружение диимидрола в его атмосфере может подразумевать постоянное поступление его от микробной морской жизни.

Переоценка обнаружения диимидрола на K2-18b другими исследователями ставит под сомнение это утверждение. Наиболее значительным было доказательство 2025 года от Луиса Уэлбенкса и его коллег из Университета штата Аризона, что выбор молекулярных штрихкод для включения в анализ радикально повлиял на результаты.

Они обнаружили, что многочисленные альтернативы, не рассмотренные в оригинальной статье, обеспечивали равнозначные или лучшие соответствия с данными.

Для планет размером с Землю, которые предположительно каменистые, достаточно сложно обнаружить атмосферу с помощью JWST. Тем не менее, будущее выглядит многообещающе, так как несколько запланированных миссий позволят нам узнать гораздо больше о планетах, которые могут быть похожи на Землю.

Будущие миссии

С запланированным запуском в 2026 году, телескоп PLATO Европейского космического агентства будет идентифицировать планеты, гораздо более похожие на Землю и подходящие для трансмиссионной спектроскопии, чем те, что известны на данный момент.

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман от NASA, который должен быть запущен в 2029 году, будет первопроходцем коронографических технологий, позволяющих выключить свет звезд, чтобы более тусклые планеты, вращающиеся вокругNearby Stars, могли быть изучены непосредственно.

Телескоп ARIEL Европейского космического агентства, с запланированным запуском в 2029 году, является специализированной миссией для трансмиссионной спектроскопии, разработанной для определения составов атмосфер экзопланет.

NASA’s Habitable Worlds Observatory (HWO) в настоящее время находится на стадии планирования. Эта миссия использует коронограф для изучения около 25 планет, похожих на Землю, и поиска различных признаков обитаемости.

HWO будет иметь широкий диапазон длины волн, от ультрафиолета до ближнего инфракрасного диапазона. Если бы брат Земли находился на орбите одной из целевых звезд HWO, телескоп бы собрал свет, отраженный от планеты. Этот свет включал бы в себя штрихкодные сигнатуры диатомического кислорода (O2) и других газов, характерных для атмосферы нашей планеты. Он также раскрыл бы сигнатуру света, поглощенного фотосинтезирующими растениями, так называемую «красную границу растительности».

Поверхность Земли делится на сушу и океаны, которые отражают свет по-разному. HWO будет способен восстановить низкокачественную карту поверхности, основываясь на изменениях отраженного света по мере вращения континентов и океанов в поле зрения.

Таким образом, будущее выглядит многообещающе. С полетами космических аппаратов, запланированными на ближайшие годы, мы можем приблизиться к вопросу о том, уникальна ли Земля в своем обладании жизнью.