Поиск инопланетян был преобразован, ища жизнь на планетах, которые когда-то считались пустой тратой пространства

Астроном, Кембриджский университет

Письменные рассуждения о жизни за пределами Земли восходят к тысячелетиям, ко времени греческих философов Эпикура и Демокрита. Незарегистрированное любопытство к этому вопросу, несомненно, уходит еще дальше. Примечательно, что сегодняшнее поколение, похоже, собирается получить ответ от изучения экзопланет-планет, вращающихся вокруг других звезд, кроме Солнца. Ранние результаты опровергают многие предположения из этой долгой истории.

В частности, наша исследовательская группа из Кембриджского университета и Льежского университета в Бельгии сообщила, что ближайшая звезда, называемая TRAPPIST-1A, вращается вокруг семи планет, похожих по размеру и массе на Землю. Все семь планет являются умеренными, что означает, что при правильных атмосферных и геологических условиях они могут поддерживать жидкую воду. Три из этих планет обладают особым потенциалом обитаемости, получая от своей звезды примерно столько же энергии, сколько Земля получает от Солнца.

Наше открытие получило восторженное и радостное освещение в новостях по всему миру. Во многих отношениях, однако, система TRAPPIST-1-странное место для поиска жизни. Центральная звезда составляет всего 1/12 массы Солнца и едва ли больше, чем планета Юпитер. Он испускает всего 0,05% больше света, чем Солнце. TRAPPIST-1A принадлежит к классу, который мы называем ультра-холодными карликами, самыми маленькими звездами, которые существуют.

Поиски обитаемых планет вокруг сверхкладких карликов уже давно считаются пустой тратой времени. Даже когда астрономы обнаружили, что экзопланетные системы в целом отличаются от Солнечной системы, старые взгляды сохранились. Земля и Солнце кажутся настолько нормальными и гостеприимными для наших глаз, что мы ослеплены их атрибутами. Поэтому основные программы направлены на поиск близнеца Земли: планеты с массой и размером нашей собственной, вращающейся вокруг звезды, точно такой же, как Солнце, на том же расстоянии от Земли и Солнца. До обнаружения такого мира остаются десятилетия.

В попытке ответить на вопрос «есть ли жизнь в другом месте?»сосредоточение на Земле близнецов воспринимается как безопасный путь, так как мы можем ожидать, что подобные условия приведут к аналогичным результатам (по крайней мере, часть времени). Однако мы утверждаем, что это слишком консервативная цель, учитывая огромное количество и разнообразие доступных планет. Это часть послания Трапписта-1. Исследование должно быть направлено на поиск того, чего мы еще не знаем. Идентификация Живоносного земного близнеца была бы громким научным успехом, но это мало что дало бы об общем возникновении биологии во Вселенной.

Наши амбиции шире. Вместо этого мы ищем ответ на вопрос: «как часто жизнь встречается в другом месте?»Это простое изменение слов означает, что мы также должны исследовать планетные системы в отличие от солнечная система. Было бы обидно и удивительно, если бы Земля была единственным шаблоном для обитаемости во Вселенной. Солнцеподобные звезды составляют всего 15% всех звезд Млечного Пути. Более половины из них, в свою очередь, существуют в двойных звездных системах, которые также были проигнорированы как слишком отличающиеся от условий, присутствующих в Солнечной системе. Поэтому поиск земных близнецов охватывает почти незначительную часть всех результатов в природе.

Как только мы сбросим цель на измерение общей частоты биологии, ультра-крутые карлики станут очевидной целью. Наши предварительные результаты показывают, что скалистые миры обычно вращаются вокруг маломассивных звезд, включая сверхкороткую карликовую систему, возможно, даже больше, чем на орбите вокруг солнцеподобных звезд. Сверхкладкие карлики также открывают гораздо более легкий путь для обнаружения и изучения умеренных, похожих на Землю планет.

Научные преимущества сверхкладких карликов заключаются в их звездных свойствах, в том, как мы идентифицируем экзопланеты, и в том, как мы ожидаем исследовать их атмосферу. Планеты Трапписта-1 были обнаружены, когда они проходили перед своими звездными событиями, известными как транзиты. Когда планета проходит, она отбрасывает тень, глубина которой говорит нам, сколько звездной поверхности скрыто планетой; чем больше планета, тем глубже тень. Поскольку сверхкладкие карлики настолько малы, транзит планеты размером с Землю перед TRAPPIST-1A примерно в 80 раз более заметен, чем эквивалентный транзит против гораздо более крупной, подобной Солнцу звезды.

Во время транзита любые газы в атмосфере планеты изменяют вид звездного света, проходящего через нее. Вокруг ультра-холодных карликов атмосферная сигнатура увеличивается примерно в 80 раз. Атмосферный состав планет TRAPPIST-1 будет обнаруживаться с использованием текущих и предстоящих объектов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба, запускаемый в 2018 году, в отличие от десятилетий технологического развития, необходимого для изучения близнеца Земли. Извлечение надежного атмосферного сигнала требует наблюдения десятков транзитов. Здесь тоже такие системы, как TRAPPIST-1, имеют огромные преимущества. Вокруг крошечных ультракоротких карликов транзиты умеренных планет происходят раз в несколько дней или каждые две недели, а не раз в год для планеты, точно такой же, как Земля.

Астрономы, включая нас самих, уже начали исследовать состав планет-гигантов вокруг других звезд, обнаруживая такие молекулы, как вода, монооксид углерода, метан и цианистый водород. С открытием системы ТРАППИСТ-1 мы сможем распространить эти исследования на планеты размером с Землю. Наши первые усилия будут заключаться в том, чтобы охарактеризовать содержание парниковых газов в атмосфере и оценить, являются ли условия поверхности благоприятными для жидкой воды. Затем мы будем искать признаки биологически продуцируемых газов, аналогичные способам, которыми живые организмы преобразовали состав земной атмосферы.

Претендовать на открытие жизни будет трудно. Мы не можем полагаться на обнаружение одного газа, но вместо этого нам нужно будет обнаружить несколько и измерить их относительное содержание. Кроме того, нам придется очень остерегаться ложных срабатываний. Например, повторяющиеся вспышки звезд могут накапливать кислород в атмосфере без присутствия жизни. Богатство системы ТРАППИСТ-1 является важным преимуществом, потому что мы можем сравнить ее планеты друг с другом. Все семь планет возникли из одной и той же туманной химии; они имеют схожую историю получения вспышек и метеоритных ударов. Отсеять ложные срабатывания здесь будет гораздо легче, чем в планетных системах, содержащих только один или два умеренных, потенциально похожих на Землю мира.

Что еще более важно, TRAPPIST-1 — это не одноразовое открытие. Сверхкладкие карликовые звезды настолько распространены, что в галактике может быть множество других подобных систем, близких к нам. Установка TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescopes), которую мы использовали для поиска планет TRAPPIST-1, была всего лишь прототипом более амбициозной планетной съемки под названием SPECULOOS (поиск обитаемых планет, затмевающих ультракороткие звезды), которая уже начала свою работу. Мы ожидаем, что в ближайшие пять лет вокруг карликовых звезд будет обнаружено еще много скалистых планет размером с Землю. С этим образцом в руках мы исследуем многие климаты таких миров. Солнечная система состоит из двух планет: Венеры и Земли. Сколько различных типов окружающей среды мы обнаружим?

Используя СПЕКУЛОС, мы также начнем рассматривать многочисленные возражения ученых по поводу обитаемости планет вокруг ультракоротких карликов. Один из аргументов заключается в том, что такие планеты будут надежно заперты, а это означает, что у них есть постоянные дневная и ночная стороны. Планеты, вращающиеся в непосредственной близости вокруг маленьких звезд, могут возбуждать орбиты друг друга, что приводит к большой нестабильности. Сверхкладкие карликовые звезды часто вспыхивают, испуская ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, которые могут испарить океаны планеты в космос.

Эти аргументы не только не сдерживали нас, но и мотивировали. Теперь мы можем оценить фактические условия и исследовать контраргументы, что планеты размером с Землю вокруг таких звезд, как TRAPPIST-1A, действительно могут быть гостеприимными для жизни. Океаны и плотные атмосферы могли бы смягчить температурный контраст между дневной и ночной сторонами. Приливное взаимодействие между планетами, находящимися на близких орбитах, может обеспечить биологию энергией. Некоторые модели предполагают, что планеты, формирующиеся вокруг ультракоротких карликов, начинают с гораздо большего количества воды, чем Земля. Ультрафиолетовое излучение может помочь производить биологически значимые соединения… мы настроены оптимистично.

Что бы мы ни обнаружили, изучая планеты, вращающиеся вокруг ультракоротких карликов, мы не можем проиграть. Мы можем только учиться. Если нам удастся определить наличие жизни на планете, подобной тем, что есть в системе Трапписта-1, тогда мы сможем начать измерять, как часто биология появляется во Вселенной. Мы могли бы получить первые зацепки внеземной биологии за десятилетие! Если мы обнаружим, что ни один из этих миров не пригоден для жизни, или что они пригодны для жизни, но бесплодны, мы узнаем, что жизнь редка и драгоценна. Он оправдает приближение земли-Близнеца, не задерживая его.

В любом случае мы определим контекст нашего существования: как один из многих или как изолированный выброс. Обе возможности унизительны. И то и другое волнует.

https://qz.com/974299/the-search-for-aliens-has-been-transformed-by-looking-for-life-on-planets-once-thought-to-be-a-waste-of-space/

Ссылка на основную публикацию