Вчені визначили ознаку в атмосфері екзопланет, яка може свідчити про життєпридатність

Низький вміст вуглецю в атмосфері планет земного типу, що здатен виявити космічний телескоп Джеймса Вебба, може бути ознакою придатності для життя.

Про це розповідають у Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

Вчені стверджують, що найкращий шанс для астрономів знайти рідку воду та навіть життя на інших планетах -- це шукати відсутність, а не наявність хімічних особливостей в їхніх атмосферах.

Дослідники припускають, що якщо планета земного типу має значно менший вміст вуглекислого газу в атмосфері порівняно з іншими планетами тієї ж системи, це може бути ознакою наявності рідкої води -- і, можливо, життя -- на поверхні цієї планети.

Щобільше, ця нова ознака знаходиться в полі зору космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST).

Хоча вчені запропонували також інші ознаки придатності для життя, проте їх складно, а то й неможливо виміряти за допомогою сучасних технологій. Команда каже, що ця нова ознака -- відносно низький склад вуглекислого газу -- є єдиною ознакою придатності для життя, яку зараз можна виявити.

"Святим Граалем у науці про екзопланети є пошук придатних для життя світів і наявності життя, але всі ознаки, про які говорили до цього часу, були поза межами досяжності найновіших обсерваторій", - говорить Жюльєн де Віт, доцент кафедри планетарних наук в MIT та співавтор дослідження. "Тепер у нас є спосіб дізнатися, чи є рідка вода на іншій планеті. І це те, до чого ми можемо дійти в найближчі кілька років".

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Astronomy.

Поза проблиском

На сьогодні астрономи виявили понад 5 200 світів за межами нашої Сонячної системи. За допомогою сучасних телескопів вони можуть безпосередньо вимірювати відстань планети до своєї зорі та час, необхідний їй для завершення орбіти. Ці вимірювання можуть допомогти вченим зробити висновок, чи знаходиться планета в межах придатної для життя зони. Але досі не було способу безпосередньо підтвердити, чи дійсно планета придатна для життя, тобто чи існує на її поверхні рідка вода.

У нашій власній Сонячній системі вчені можуть виявити наявність рідких океанів, спостерігаючи "відблиски" - спалахи сонячного світла, які відбиваються від рідких поверхонь. Такі відблиски, або дзеркальні відображення, спостерігалися, наприклад, на найбільшому супутнику Сатурна, Титані, що допомогло підтвердити наявність на ньому великих озер.

Виявлення подібних відблисків на далеких планетах, однак, є недосяжним за нинішніх технологій. Але де Віт і його колеги зрозуміли, що є ще одна придатна для життя особливість, яка може бути виявлена у далеких світах.

"Ідея прийшла до нас, коли ми подивилися на те, що відбувається з планетами земного типу в нашій власній системі", - каже співавтор дослідження Амаурі Тріод з Бірмінгемського університету у Великій Британії.

Венера, Земля та Марс мають схожість у тому, що всі три планети є кам′янистими та населяють відносно помірний регіон щодо Сонця. Земля -- єдина планета з цієї трійці, на якій зараз є рідка вода. І команда відзначила ще одну очевидну відмінність: Земля має значно менший вміст вуглекислого газу в атмосфері.

"Ми припускаємо, що ці планети були створені подібним чином, і якщо ми бачимо одну планету з набагато меншим вмістом вуглецю зараз, то він, мабуть, кудись зник", - каже Тріод. "Єдиний процес, який міг би видалити таку кількість вуглецю з атмосфери, -- це потужний колообіг води за участю океанів рідкої води".

Дійсно, океани Землі відіграють важливу та сталу роль у поглинанні вуглекислого газу. За сотні мільйонів років океани поглинули величезну кількість вуглекислого газу, що майже дорівнює кількості, яка сьогодні зберігається в атмосфері Венери. Цей ефект планетарного масштабу призвів до того, що атмосфера Землі значно збідніла на вуглекислий газ порівняно з її планарними сусідами.

"На Землі більша частина атмосферного вуглекислого газу була секвестрована в морській воді та твердих породах у геологічних часових масштабах, що допомагало регулювати клімат і придатність до життя протягом мільярдів років", - говорить співавтор дослідження Фрідер Клейн з Океанографічного інституту Вудс-Хола.

Команда міркує, що якби подібне виснаження вуглекислого газу було виявлено на далекій планеті, порівняно з її сусідами, це було б надійним сигналом про наявність рідких океанів і життя на її поверхні.

"Після детального вивчення літератури з багатьох галузей, від біології до хімії, і навіть секвестрації вуглецю в контексті зміни клімату, ми вважаємо, що дійсно, якщо ми виявимо виснаження вуглецю, це має всі шанси бути сильним сигналом про наявність рідкої води та/або життя", - говорить де Віт.

Дорожня карта до життя

У своєму дослідженні команда викладає стратегію виявлення життєпридатних планет шляхом пошуку сигнатури виснаження вуглекислого газу. Такий пошук найкраще підійде для систем типу "горох в стручку", в яких кілька планет приблизно однакового розміру обертаються на орбітах відносно близько одна до одної, як у нашій Сонячній системі. Перший крок, який пропонує команда, -- підтвердити, що планети мають атмосферу, просто шукаючи наявність вуглекислого газу, який, як очікується, домінує в більшості планетних атмосфер.

"Вуглекислий газ є дуже сильним поглиначем в інфрачервоному діапазоні, і його можна легко виявити в атмосферах екзопланет", - пояснює де Віт. "За сигналом вуглекислого газу потім можна виявити наявність атмосфери екзопланети".

Після того, як астрономи визначать, що кілька планет у системі мають атмосферу, вони можуть перейти до вимірювання вмісту вуглекислого газу, щоб з′ясувати, чи на одній планеті його значно менше, ніж на інших. Якщо так, то планета, ймовірно, придатна для життя, а це означає, що на її поверхні є значні запаси рідкої води.

Але життєпридатні умови не обов′язково означають, що планета заселена. Щоб перевірити, чи може там існувати життя, команда пропонує астрономам звернути увагу на ще одну особливість атмосфери планети: озон.

Дослідники зазначають, що на Землі рослини та деякі мікроби сприяють виділенню вуглекислого газу, хоча і не в такій мірі, як океани. Тим не менш, в рамках цього процесу життєві форми виділяють кисень, який реагує із сонячними фотонами, перетворюючись на озон -- молекулу, яку набагато легше виявити, ніж сам кисень.

Дослідники кажуть, що якщо в атмосфері планети є ознаки як озону, так і виснаженого вуглекислого газу, це, ймовірно, придатний для життя та населений світ.

"Якщо ми бачимо озон, то ймовірність того, що він пов′язаний з вуглекислим газом, який споживається життям, досить висока", - каже Тріод. "І якщо це життя, то це чудове життя. Це не просто кілька бактерій. Це буде біомаса планетарного масштабу, яка здатна переробляти величезну кількість вуглецю та взаємодіяти з ним".

За оцінками команди, космічний телескоп "Джеймс Вебб" зможе вимірювати вміст вуглекислого газу і, можливо, озону в сусідніх багатопланетних системах, таких як TRAPPIST-1 -- системі із семи планет, яка обертається навколо яскравої зорі, що знаходиться всього за 40 світлових років від Землі.

"TRAPPIST-1 - одна з небагатьох систем, де ми можемо проводити дослідження земної атмосфери за допомогою JWST", - каже де Віт. "Тепер у нас є дорожня карта для пошуку планет, придатних для життя. Якщо ми всі працюватимемо разом, відкриття, що змінять парадигму, можуть бути зроблені протягом наступних кількох років".