Ученые определили признак в атмосфере экзопланет, который может свидетельствовать о жизнепригодности

Низкое содержание углерода в атмосфере планет земного типа, которое способен обнаружить космический телескоп Джеймса Уэбба, может быть признаком пригодности для жизни.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT), передают OstanniPodii.com.

Ученые утверждают, что лучший шанс для астрономов найти жидкую воду и даже жизнь на других планетах -- это искать отсутствие, а не наличие химических особенностей в их атмосферах.

Исследователи предполагают, что если планета земного типа имеет значительно меньшее содержание углекислого газа в атмосфере по сравнению с другими планетами той же системы, это может быть признаком наличия жидкой воды -- и, возможно, жизни -- на поверхности этой планеты.

Более того, этот новый признак находится в поле зрения космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST).

Хотя ученые предложили и другие признаки пригодности для жизни, однако их сложно, а то и невозможно измерить с помощью современных технологий. Команда говорит, что этот новый признак -- относительно низкий состав углекислого газа -- является единственным признаком пригодности для жизни, который сейчас можно обнаружить.

"Святым Граалем в науке об экзопланетах является поиск пригодных для жизни миров и наличия жизни, но все признаки, о которых говорили до сих пор, были вне досягаемости новейших обсерваторий", - говорит Жюльен де Вит, доцент кафедры планетарных наук в MIT и соавтор исследования. "Теперь у нас есть способ узнать, есть ли жидкая вода на другой планете. И это то, до чего мы можем дойти в ближайшие несколько лет".

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Вне проблеска

На сегодняшний день астрономы обнаружили более 5 200 миров за пределами нашей Солнечной системы. С помощью современных телескопов они могут напрямую измерять расстояние планеты до своей звезды и время, необходимое ей для завершения орбиты. Эти измерения могут помочь ученым сделать вывод, находится ли планета в пределах пригодной для жизни зоны. Но до сих пор не было способа напрямую подтвердить, действительно ли планета пригодна для жизни, то есть существует ли на её поверхности жидкая вода.

В нашей собственной Солнечной системе ученые могут обнаружить наличие жидких океанов, наблюдая "блики" -- вспышки солнечного света, которые отражаются от жидких поверхностей. Такие блики, или зеркальные отражения, наблюдались, например, на самом большом спутнике Сатурна, Титане, что помогло подтвердить наличие на нем больших озер.

Обнаружение подобных бликов на далеких планетах, однако, является недостижимым при нынешних технологиях. Но де Вит и его коллеги поняли, что есть еще одна пригодная для жизни особенность, которая может быть обнаружена в далеких мирах.

"Идея пришла к нам, когда мы посмотрели на то, что происходит с планетами земного типа в нашей собственной системе", - говорит соавтор исследования Амаури Триод из Бирмингемского университета в Великобритании.

Венера, Земля и Марс имеют сходство в том, что все три планеты являются каменистыми и населяют относительно умеренный регион у Солнца. Земля -- единственная планета из этой троицы, на которой сейчас есть жидкая вода. И команда отметила еще одно очевидное отличие: Земля имеет значительно меньшее содержание углекислого газа в атмосфере.

"Мы предполагаем, что эти планеты были созданы подобным образом, и если мы видим одну планету с гораздо меньшим содержанием углерода сейчас, то он, по-видимому, куда-то исчез", - говорит Триод. "Единственный процесс, который мог бы удалить такое количество углерода из атмосферы, -- это мощный круговорот воды с участием океанов жидкой воды".

Новости по подобной теме:

		Обнаружена "супер-Земля" в пригодной для жизни зоне
		Возле похожей на Солнце звезды астрономы нашли планету размером почти с Землю, но с "лавовой полусферой"
		"Хаббл" обнаружил динамические изменения атмосферы на адской экзопланете

Действительно, океаны Земли играют важную и постоянную роль в поглощении углекислого газа. За сотни миллионов лет океаны поглотили огромное количество углекислого газа, почти равное количеству, которое сегодня сохраняется в атмосфере Венеры. Этот эффект планетарного масштаба привел к тому, что атмосфера Земли значительно обеднела на углекислый газ по сравнению с её планарными соседями.

"На Земле большая часть атмосферного углекислого газа была секвестрирована в морской воде и твердых породах в геологических временных масштабах, что помогало регулировать климат и пригодность к жизни в течение миллиардов лет", - говорит соавтор исследования Фридер Клейн из Океанографического института Вудс-Холла.

Команда рассуждает, что если бы подобное истощение углекислого газа было обнаружено на далекой планете, по сравнению с ее соседями, это было бы надежным сигналом о наличии жидких океанов и жизни на её поверхности.

"После детального изучения литературы из многих областей, от биологии до химии, и даже секвестрации углерода в контексте изменения климата, мы считаем, что действительно, если мы обнаружим истощение углерода, это имеет все шансы быть сильным сигналом о наличии жидкой воды и/или жизни", - говорит де Вит.

Дорожная карта к жизни

В своем исследовании команда излагает стратегию обнаружения жизнепригодных планет путем поиска сигнатуры истощения углекислого газа. Такой поиск лучше всего подойдет для систем типа "горох в стручке", в которых несколько планет примерно одинакового размера вращаются на орбитах относительно близко друг к другу, как в нашей Солнечной системе. Первый шаг, который предлагает команда, -- подтвердить, что планеты имеют атмосферу, просто ища наличие углекислого газа, который, как ожидается, доминирует в большинстве планетных атмосфер.

"Углекислый газ является очень сильным поглотителем в инфракрасном диапазоне, и его можно легко обнаружить в атмосферах экзопланет", - объясняет де Вит. "По сигналу углекислого газа затем можно обнаружить наличие атмосферы экзопланеты".

После того, как астрономы определят, что несколько планет в системе имеют атмосферу, они могут перейти к измерению содержания углекислого газа, чтобы выяснить, на одной планете его значительно меньше, чем на других. Если да, то планета, вероятно, пригодна для жизни, а это означает, что на её поверхности есть значительные запасы жидкой воды.

Но жизнепригодные условия не обязательно означают, что планета заселена. Чтобы проверить, может ли там существовать жизнь, команда предлагает астрономам обратить внимание на еще одну особенность атмосферы планеты: озон.

Исследователи отмечают, что на Земле растения и некоторые микробы способствуют выделению углекислого газа, хотя и не в такой степени, как океаны. Тем не менее, в рамках этого процесса жизненные формы выделяют кислород, который реагирует с солнечными фотонами, превращаясь в озон -- молекулу, которую гораздо легче обнаружить, чем сам кислород.

Исследователи говорят, что если в атмосфере планеты есть признаки как озона, так и истощенного углекислого газа, это, вероятно, пригодный для жизни и обитаемый мир.

"Если мы видим озон, то вероятность того, что он связан с углекислым газом, который потребляется жизнью, достаточно высока", - говорит Триод. "И если это жизнь, то это замечательная жизнь. Это не просто несколько бактерий. Это будет биомасса планетарного масштаба, которая способна перерабатывать огромное количество углерода и взаимодействовать с ним".

По оценкам команды, космический телескоп "Джеймс Уэбб" сможет измерять содержание углекислого газа и, возможно, озона в соседних многопланетных системах, таких как TRAPPIST-1 -- системе из семи планет, которая вращается вокруг яркой звезды, находящейся всего в 40 световых годах от Земли.

"TRAPPIST-1 -- одна из немногих систем, где мы можем проводить исследования земной атмосферы с помощью JWST", - говорит де Вит. "Теперь у нас есть дорожная карта для поиска планет, пригодных для жизни. Если мы все будем работать вместе, открытия, которые изменят парадигму, могут быть сделаны в течение следующих нескольких лет".

• Экзопланеты
• астрохимия
• Поиск внеземной жизни