A JWST kimutatta, hogy képes észlelni az élet ujjlenyomatait az exobolygókon

az élet összetevői elterjedt az egész univerzumban. Míg a Föld az egyetlen ismert hely a világegyetemben, ahol élet létezik, a földönkívüli élet felfedezése A fő cél Tól től modern csillagászat És a bolygótudomány.

Két tudós vagyunk, akik tanulnak külső bolygók És a asztrobiológia. A James Webbhez hasonló következő generációs teleszkópoknak köszönhetően a hozzánk hasonló kutatók hamarosan meg tudják mérni a többi csillag körüli bolygók légkörének kémiai összetételét. Remélhetőleg egy vagy több ilyen bolygónak lesz kémiai ujjlenyomata az élethez.

Lakható külső bolygók

élet Lehet, hogy a Naprendszerben létezik Ahol folyékony víz van – például víztartó rétegek a Marson vagy a Jupiter Európa-holdjának óceánjaiban. Az élet keresése azonban ezeken a helyeken nagyon nehéz, mivel az élet nehéz eléréséhez és kimutatásához szondát kell küldeni a fizikai minták visszajuttatására.

Sok csillagász úgy véli, hogy létezik egy akta Jó esély van arra, hogy más csillagok körül keringő bolygókon élet alakuljon kiÉs ez lehet a hely Az életet először megtalálják.

Az elméleti számítások azt mutatják, hogy van valami közel 300 millió potenciálisan lakható bolygó A Tejútban egyedül és Sok lakható bolygó akkora, mint a Föld Mindössze 30 fényévnyire a Földtől – lényegében az emberiség szomszédai a galaxisban. Eddig a csillagászok tették ezt Fedezzen fel több mint 5000 exobolygótköztük több száz potenciálisan lakható, segítségével indirekt módszerek amely azt méri, hogyan hat egy bolygó a közeli csillagára. Ezek a mérések információt szolgáltathatnak a csillagászoknak egy exobolygó tömegéről és méretéről, de ennél többet nem.

Bio aláírásokat keresek

Ahhoz, hogy felfedezzék az életet egy távoli bolygón, az asztrobiológusok a meglévő csillagfényt vizsgálják Lépjen kapcsolatba a bolygó felszínével vagy légkörével. Ha a légkört vagy a felszínt az élet átalakítja, a fény egy „biosignature”-nek nevezett nyomot hordozhat.

Fennállásának első felében a Föld légköre oxigénmentes volt, bár egyszerű, egysejtű életnek adott otthont. A Föld létfontosságú lábnyoma nagyon halvány volt ebben a korai korszakban. Ez hirtelen megváltozott 2,4 milliárd évvel ezelőtt Amikor egy új algacsalád fejlődött ki. Az algák fotoszintézist alkalmaztak, amely szabad oxigént termel – olyan oxigént, amely kémiailag nem kötődik semmilyen más elemhez. Ettől kezdve a Föld oxigénnel teli légköre erős és könnyen kimutatható létfontosságú nyomot hagyott a rajta áthaladó fényben.

Amikor a fény visszaverődik egy anyag felületéről vagy áthalad egy gázon, bizonyos hullámhosszak nagyobb valószínűséggel maradnak csapdában a gázban vagy az anyag felületén, mint mások. A fény hullámhosszainak ez a szelektív illeszkedése az oka a tárgyak eltérő színének. A levelek zöldek, mert a klorofill különösen jól nyeli el a vörös és kék hullámhosszú fényt. Amikor fény éri a papírt, a vörös és kék hullámhosszak elnyelődnek, így többnyire zöld fény verődik vissza a szemébe.

Az elveszett fény mintázatát annak az anyagnak a sajátos összetétele határozza meg, amellyel a fény kölcsönhatásba lép. Emiatt a csillagászok megtudhatnak valamit egy exobolygó légkörének vagy felszínének összetételéről, ha megmérik a bolygóról érkező fény specifikus színét.

Ezzel a módszerrel azonosítható az élettel kapcsolatos bizonyos légköri gázok – például oxigén vagy metán – jelenléte, mivel ezek a gázok nagyon specifikus ujjlenyomatokat hagynak a fényben. Használható furcsa színek észlelésére is a bolygó felszínén. A Földön például a növények klorofill és más pigmentek és algák a fotoszintézisben meghatározott hullámhosszú fényt használnak. Ezek a festékek Megkülönböztető színek előállítása Érzékeny infravörös kamerával észlelhető. Ha ezt a színt egy távoli bolygó felszínéről látja visszaverődni, az valószínűleg klorofill jelenlétére utal.

Teleszkópok az űrben és a Földön

Egy hihetetlenül erős távcsőre van szükség ahhoz, hogy észleljük ezeket a finom változásokat egy potenciálisan lakható exobolygó fényében. Jelenleg az egyetlen teleszkóp, amely képes ilyen bravúrra, az új távcső James Webb űrteleszkóp. ahogy van Megkezdődtek a tudományos műveletek 2022 júliusában James Webb aranyos felolvasást tartott Gázóriás exobolygó WASP-96b. A spektrum víz és felhők jelenlétét mutatta, de egy nagy, forró bolygón, mint a WASP-96b, valószínűleg nem lesz élet.

Ezek a korai adatok azonban azt mutatják, hogy James Webb képes észlelni a halvány kémiai jeleket az exobolygók fényében. Az elkövetkező hónapokban Webb arra készült, hogy felé fordítsa a tükröt TRAPPIST-1eegy potenciálisan lakható Föld méretű bolygó, mindössze 39 fényévre a Földtől.

Webb biometrikus adatokat kereshet, ha tanulmányozza és rögzíti a bolygókat, amint azok elhaladnak a gazdacsillagok előtt Csillagfény, amely átáramlik a bolygó légkörén. De Webb-t nem az élet keresésére tervezték, így a teleszkóp csak néhány legközelebbi, potenciálisan lakható világot képes megvizsgálni. Ezenkívül képes észlelni a módosításokat Szén-dioxid, metán és vízgőz szintje a légkörben. Míg ezeknek a gázoknak bizonyos kombinációi Életet sugallhatWebb nem képes észlelni a meg nem kötött oxigén jelenlétét, ami az élet legerősebb jele.

A jövőbeli és még erősebb űrteleszkópok úttörő koncepciói között szerepel a Föld gazdacsillagjának fényének blokkolása a bolygóról visszaverődő csillagfény észlelése érdekében. Ez az ötlet hasonló ahhoz, mintha a kezével blokkolná a napfényt, hogy jobban lásson valamit távolról. A jövő űrteleszkópjai kis beltéri maszkokat vagy egy nagy, ejtőernyőszerű külső űrhajót használhatnak ehhez. Ha a csillagfényt elzárjuk, sokkal könnyebben tanulmányozhatjuk a bolygóról visszaverődő fényt.

Jelenleg három hatalmas földi teleszkóp is épül, amelyek biometrikus ujjlenyomatokat fognak keresni: Óriás Magellán távcsőAz Harminc méteres távcső és a európai nagyon nagy távcső. Mindegyik sokkal erősebb, mint a földi teleszkópok, és bár akadályozza őket a Föld légköre, amely torzítja a csillagfényt, ezek a teleszkópok képesek lehetnek a legközelebbi világok légkörének felfedezésére oxigén után kutatva.

Biológia vagy geológia?

Az asztrobiológusok még a következő évtizedekben a legerősebb teleszkópok felhasználásával is csak az élet által teljesen megváltoztatott világok által keltett erőteljes biosignature-eket lesznek képesek észlelni.

Sajnos a szárazföldi élet által felszabaduló gázok többsége nem biológiai folyamatok révén is előállítható – a tehenek és a vulkánok metánt bocsátanak ki. A fotoszintézis oxigént termel, de a napfény is ezt teszi, amikor a vízmolekulákat oxigénre és hidrogénre hasítja. ott Jó esély a csillagászok számára, hogy téves pozitív eredményeket fedezzenek fel Amikor egy távoli életet keresünk. A hamis pozitívumok kizárása érdekében a csillagászoknak elég jól meg kell érteniük egy érdekes bolygót ahhoz, hogy megértsék, az-e. A geológiai vagy légköri folyamatok utánozhatnak egy biosignature-t.

Az exobolygó-tanulmányok következő generációja képes meghaladni a szintet Szokatlan bizonyíték Be kell bizonyítani az élet létezését. A James Webb Űrteleszkóp adatainak első közzététele érzékelteti a hamarosan várható izgalmas fejlődést.

Chris EmbiTisztelt csillagász egyetemi professzor, Arizonai Egyetem És a Daniel Abaya csillagászat és a bolygótudományok professzora, Arizonai Egyetem

Ezt a cikket újra kiadták Beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.