A Webb teleszkóp életjeleket fog keresni odakint

Ez a hónap új fejezetet jelent a földönkívüli élet keresésében, amikor a legerősebb, eddig megépített űrteleszkóp kémkedni kezd más csillagok körül keringő bolygók után. A csillagászok azt remélik, hogy a James Webb Űrteleszkóp felfedi, hogy ezeknek a bolygóknak van-e olyan légköre, amely támogathatja az életet.

A légkör meghatározása egy másik naprendszerben elég hűvös lenne. De van rá esély – bár kicsi –, hogy az egyik ilyen légkör az úgynevezett biosignature-t kínálja: magára az életre való hivatkozást.

„Úgy gondolom, hogy képesek leszünk találni olyan bolygókat, amelyekről úgy gondoljuk, hogy érdekesek, jó kilátásokat az életre” – mondta Megan Mansfield, az Arizonai Egyetem csillagásza. – De nem feltétlenül leszünk képesek azonnal azonosítani az életet.

Eddig a Föld maradt az egyetlen olyan bolygó az univerzumban, ahol ismert, hogy létezik élet. A tudósok közel 60 éve küldenek szondákat a Marsra, és még mindig nem találták meg a Marsot. De elképzelhető, hogy élet rejtőzik a vörös bolygó felszíne alatt, vagy arra vár, hogy felfedezzék a Jupiter vagy a Szaturnusz holdján. Néhány tudós reményét fejezte ki ezzel kapcsolatban VénuszA kén-dioxid-felhők perzselő légköre ellenére a Vénusz gyermekeinek otthona lehet.

Még ha kiderül is, hogy a Föld az egyetlen bolygó a naprendszerünkben, amelyen élet található, az univerzum számos más naprendszerében találhatók úgynevezett exobolygók.

1995-ben svájci csillagászok fedezték fel az első exobolygót, amely napszerű csillag körül kering. Az 51 Pegasi b néven ismert exobolygóról kiderül, hogy az élet reménytelen otthona – egy puffadt gázóriás, amely nagyobb, mint a Jupiter, és 1800 Fahrenheit fokos meleg.

A következő években a tudósok megállapították Több mint 5000 másik exobolygó. Némelyik nagyon hasonlít a Földre – nagyjából azonos méretű, gáz helyett kőből készültek, és az „Aranyhaj zónában” keringenek csillaguk körül, nem túl közel a főzéshez, de nem elég messze ahhoz, hogy megfagyjanak.

Sajnos ezeknek az exobolygóknak a viszonylag kis mérete rendkívül megnehezítette tanulmányozásukat egészen mostanáig. A tavaly karácsonykor felbocsátott James Webb űrteleszkóp ezen változtat, nagyítóként működik, hogy a csillagászok alaposabban szemügyre vegyék ezeket a világokat.

A francia Guyana állambeli Kourouból való kilövése óta a teleszkóp utaztam A Földtől egymillió mérföldre kerül a Nap körüli pályájára. Ott egy pajzs védi a 21 méteres tükröt a nap vagy a talaj hőjétől vagy fényétől. Ebben a mély sötétben a távcső képes észlelni a halvány, távoli fénysugarakat, beleértve azokat is, amelyek új részleteket tárhatnak fel a távoli bolygókról.

Dr. Mansfield elmondta, hogy az űrteleszkóp „az első nagy űrobszervatórium, amely tervezésénél figyelembe veszi az exobolygók légkörének tanulmányozását”.

A NASA mérnökei június közepén kezdtek el fényképezni egy sor objektumról a Webb teleszkóppal, és július 12-én teszik közzé első képeiket a nyilvánosság számára.

Eric Smith, a program vezető tudósa elmondta, hogy az exobolygók az első képsorozaton lesznek. Mivel a teleszkóp viszonylag rövid időt tölt majd az exobolygók megfigyelésével, Dr. Smith ezeket az első képeket a távcső erejének „gyors és piszkos” pillantásának tartotta.

Ezek a gyors áttekintések jóval hosszabb megfigyelések sorozatát követik, júliustól kezdve, tisztább képet adva az exobolygókról.

Számos csillagászcsapat azt tervezi, hogy megnézi hét bolygó a Trappist-1 nevű csillag körül kering. A korábbi megfigyelések azt mutatták, hogy a bolygók közül három a lakható zónát foglalja el.

„Ideális hely a Naprendszeren kívüli élet nyomainak keresésére” – mondta Olivia Lim, a Montreali Egyetem végzős hallgatója, aki július 4-től a Trappist-1 bolygókat fogja megfigyelni.

Mivel a Trappist-1 egy kicsi, hideg csillag, lakható zónája közelebb van, mint a mi Naprendszerünkben. Ennek eredményeként potenciálisan lakható bolygói közelről keringenek, és mindössze néhány napba telik, hogy megkerüljék a csillagot. Minden alkalommal, amikor a bolygók elhaladnak a Trappist-1 előtt, a tudósok képesek lesznek megválaszolni egy alapvető, de kulcsfontosságú kérdést: Van-e ezeknek légköre?

„Ha nem lenne levegő, nem lenne lakható, még akkor sem, ha lakható területen lenne” – mondta Nicole Lewis, a Cornell Egyetem csillagásza.

Dr. Lewis és más csillagászok nem lepődnének meg, ha nem találnának légkört a Trappist-1 bolygók körül. Még ha kialakulásukkor a bolygók légkört is kialakítottak, a csillag valószínűleg már régen elsodorta őket ultraibolya és röntgensugárzás segítségével.

„Lehetséges, hogy egy bolygó teljes légkörét eltávolítják, mielőtt az életet kezdene létrehozni” – mondta Dr. Mansfield. „Ez az első kérdés, amelyre itt próbálunk választ adni: vajon lehet-e ezeknek a bolygóknak elég hosszú légköre ahhoz, hogy élet alakuljon ki.”

A Trappist-1 előtt elhaladó bolygó egy kis árnyékot hoz létre, de az árnyék túl kicsi lesz ahhoz, hogy egy űrteleszkóp észrevegye. Ehelyett a teleszkóp a csillag fényének enyhe elhalványulását észleli.

„Olyan ez, mintha csukott szemmel néznénk a napfogyatkozást” – mondta Jacob Lustig-Jeiger csillagász, aki posztdoktori ösztöndíjas volt a Johns Hopkins Alkalmazott Fizikai Laboratóriumban. – Érezheti, hogy a fény elhalványult.

Egy légkörrel rendelkező bolygó másképp sötétítené el a mögötte lévő csillagot, mint egy meztelen bolygó. A csillag fényének egy része közvetlenül áthalad a légkörön, de a gázok bizonyos hullámhosszokon elnyelik a fényt. Ha a csillagászok csak ezeken a hullámhosszokon néznék a csillagfényt, a bolygó még jobban elhalványítaná a Trappist-1-et.

A távcső ezeket a Trappist-1 megfigyeléseket visszaküldi a Földre. És akkor kap egy e-mailt, mint például: „Hé, az adatai elérhetőek” – mondta Dr. Mansfield.

De a Trappist-1 fénye annyira halvány lesz, hogy időbe telik, míg megértjük. „A szeme hozzászokott ahhoz, hogy másodpercenként több millió fotonnal bánjon” – mondta Dr. Smith. „De ezek a teleszkópok csak néhány fotont gyűjtenek be másodpercenként.”

Mielőtt Dr. Mansfield vagy csillagásztársai elemezhetnék a Trappist-1 előtt elhaladó exobolygókat, először meg kell különböztetniük őket a távcső speciális mechanizmusa által keltett apró ingadozásoktól.

„Valójában a munkám nagy része annak biztosítása, hogy gondosan korrigáljuk a teleszkóp által végzett furcsa dolgokat, hogy láthassuk azokat a nagyon kis jeleket” – mondta Dr. Mansfield.

Ezen erőfeszítések végén Dr. Mansfield és kollégái felfedezhetik a Trappist-1 körüli légkört. De ez az eredmény önmagában nem fedi fel a légkör természetét. Gazdag lehet nitrogénben és oxigénben, akárcsak a Földön, vagy hasonló a Vénuszon található szén-dioxid és kénsav mérgező leveséhez. Vagy lehet olyan kombináció, amit a tudósok még soha nem láttak.

„Fogalmunk sincs, miből állnak ezek az atmoszférák” – mondta Alexander Rathke, a Dán Műszaki Egyetem csillagásza. „Vannak ötleteink, szimulációink és minden ilyesmi, de valójában fogalmunk sincs. Mennünk kell és meg kell néznünk.”

A James Webb Űrteleszkóp, amelyet néha JWST-nek is neveznek, elég erősnek bizonyulhat ahhoz, hogy meghatározza az exobolygó légkörének specifikus összetevőit, mivel minden típusú részecske más-más hullámhosszú fényt nyel el.

De ezek a felfedezések a külső bolygók időjárásától függenek. Egy fényes, visszaverő felhőtakaró megakadályozhatja, hogy a csillagfény bejusson egy exobolygó légkörébe, tönkretéve az űrlevegő megtalálására irányuló kísérleteket.

„Nagyon nehéz különbséget tenni a felhős és légkör nélküli légkör között” – mondta Dr. Rathcke.

Ha az időjárás együttműködő, a csillagászok különösen kíváncsiak arra, hogy az exobolygók légkörében van-e víz. Legalábbis a Földön a víz a biológia előfeltétele. „Úgy gondoljuk, ez valószínűleg jó kiindulópont lenne az élet kereséséhez” – mondta Dr. Mansfield.

De a vizes légkör nem feltétlenül jelenti azt, hogy az exobolygó életet rejt. Ahhoz, hogy egy bolygó életben maradjon, a tudósoknak fel kell fedezniük egy biomarkert, egy molekulát vagy több molekulából álló csoportot, amelyeket jellemzően élő szervezetek alkotnak.

A tudósok még mindig vitatkoznak arról, hogy mi a megbízható biosignature. A Föld légköre egyedülálló a Naprendszerünkben, mivel sok oxigént tartalmaz, amely nagyrészt növények és algák terméke. De az oxigén az élet segítsége nélkül is előállítható, amikor a levegőben lévő vízmolekulák szétválnak. Hasonlóképpen, a metánt élő mikrobák, de vulkánok is felszabadíthatják.

Lehetséges, hogy van egy bizonyos gázegyensúly, amely egyértelmű életlenyomatot tud adni, amit az élet segítsége nélkül nem lehet fenntartani.

„Nagyon kedvező forgatókönyvekre van szükségünk ahhoz, hogy megtaláljuk ezeket a létfontosságú ujjlenyomatokat” – mondta Dr. Rathcke. „Nem azt mondom, hogy ez nem lehetséges. Csak azt gondolom, hogy ez túlzás. Nagyon szerencsésnek kell lennünk.”

Egy ilyen egyensúly megtalálásához a Webb teleszkópnak olyan bolygót kell megfigyelnie, amely gyakran elhalad a Trappist-1 előtt – mondta Joshua Krissansen-Totton, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem bolygókutatója.

„Ha valaki előállna a következő öt évben, és azt mondaná: „Igen, megtaláltuk az életet a JWST-vel”, akkor nagyon szkeptikus lennék az állítást illetően” – mondta Dr. Krissansen-Totton.

Lehetséges, hogy a James Webb Űrteleszkóp egyszerűen nem fogja tudni megtalálni a biometrikus adatokat. Lehet, hogy erre a küldetésre várnia kell az űrteleszkópok következő generációjára, több mint egy évtizeddel később. Ugyanúgy tanulmányozná ezeket az exobolygókat, ahogyan az emberek a Marsra vagy a Vénuszra néznek az éjszakai égbolton: a csillagok fényének visszaverődését az űr fekete hátterén, ahelyett, hogy egy csillag előtt haladnának el.

„Többnyire a jövő teleszkópjainak nagyon fontos alapjait dolgozzuk fel” – jósolta Dr. Rathcke. „Nagyon meglepődnék, ha a JWST bevezetné a biometrikus ujjlenyomat-érzékelést, de remélem, sikerül helyrehozni. Úgy értem, alapvetően ezért csinálom ezt a munkát.”