Как будут выглядеть первые признаки жизни за пределами нашей Солнечной системы.
«Язык… создал слово «одиночество», чтобы выразить боль одиночества. И это создало слово «одиночество», чтобы выразить славу одиночества». - Пол Тиллих
Недавно Фонд Джона Темплтона опубликовал серию статей, в которых задавался один из самых больших вопросов: одиноки ли мы во Вселенной? Одна из статей мне особенно понравилась, но хотелось бы, чтобы она была длиннее и глубже. Видите ли, у нас есть все основания не только полагать, что какая-то форма жизни довольно распространена во Вселенной, но и что, если нам повезет, мы найдем ее в ближайшие два десятилетия, максимум.
Позволь мне объяснить.
Куда бы мы ни посмотрели во Вселенной, мы видим доказательства того, что разворачивается одна и та же космическая история, от ближайших звезд до соседних галактик и далеких скоплений во Вселенной. Мы видим одни и те же законы физики, одни и те же физические явления и общую историю, которая пересекает разделяющие нас миллиарды световых лет.
Мы видим Вселенную, начавшуюся из горячего, плотного, расширяющегося состояния,
где материя победила антиматерию,
где образовались стабильные атомные ядра, а затем нейтральные атомы,
где гравитационный коллапс привел к образованию первых звезд,
где тяжелые элементы, образовавшиеся в их ядрах, были переработаны обратно в межзвездное пространство, когда эти звезды погибли во взрывах сверхновых,
где сложные молекулы возникли из нескольких поколений звезд, выбросивших свои внутренности обратно в глубокий космос,
где образовались более поздние поколения звезд с планетами, лунами, астероидами и кометами вокруг них,
и повсеместно распространены ингредиенты, необходимые для жизни.
Это непротиворечивая космическая история, которую мы видим, пересекая всю наблюдаемую Вселенную, от ближайших звезд до далеких туманностей, от галактического центра до других галактик, насколько наши технологии позволяют нам наблюдать. За последние два десятилетия мы открыли первые планеты вокруг солнцеподобных звезд. Хотя изначально мы склонялись к обнаружению горячих планет-гигантов на близких орбитах вокруг своих звезд, это оказалось исключительно потому, что эти типы планет легче всего наблюдать: они вызывают самое сильное «качающееся движение» (или звездное колебание) своих родителей. звезды из-за гравитации, и они также блокируют большую часть света, если они имеют правильное расположение для прохождения перед диском своей звезды относительно нашего луча зрения.
Планеты и кандидаты в планеты, обнаруженные с помощью этого последнего метода планетарный транзит , вероятно, будут первыми обнаруженными планетами, на которых есть жизнь. Это не потому, что планеты, которые проходят перед своими звездами относительно нас, с большей вероятностью содержат жизнь, а потому, что с помощью этого метода проще всего обнаружить верный признак жизни.
Несмотря на то, что существует множество мыслимых химических реакций, которые могут привести к возникновению жизни, и множество возможных следов, которые жизнь оставит после себя в качестве побочного продукта, существует великое множество абиотических процессов, которые мы могли бы иметь исключить. Кроме того, у Земли есть очень много свойств, которые , хотя мы могли видеть их с далекой звезды , не обязательно являются индикаторами жизни.
С большого расстояния мы могли бы обнаружить, с помощью достаточно большого телескопа, что Земля содержала:
- океаны и континенты,
- активная атмосфера с переменным облачным покровом и
- полярные ледяные шапки, которые росли и уменьшались в зависимости от времени года.
Но ни один из них не обязательно свидетельствует о жизни. Однако есть характерная особенность Земли, которая, насколько нам известно, не могла возникнуть на планете, на которой не было жизни.
Видите ли, у каждого существующего атома и молекулы есть характерный спектр, уникальный для этой конфигурации. Водород, гелий, литий и все элементы периодической таблицы имеют определенные длины волн света, которые они поглощают и излучают, соответствующие атомным переходам, которые могут происходить внутри этих атомов, при этом все другие переходы запрещены. Это относится и к молекулам, включая азот, водяной пар, углекислый газ и озон в атмосфере Земли.
Все эти молекулы могут быть результатом органических или неорганических процессов, но есть один компонент земной атмосферы, который не мог возникнуть в результате неорганических процессов, и это кислород.
Есть всего несколько способов абиотического производства кислорода, в основном за счет высокоэнергетической диссоциации других молекул, и даже в этом случае его производят лишь в следовых количествах. Однако здесь, на Земле, наша атмосфера состоит из огромного 21% кислорода, и этот процент был значительным (10% или выше) в течение примерно двух миллиардов лет. Хотя не каждая планета, на которой есть жизнь, будет иметь большое содержание кислорода в атмосфере, каждая планета с большим содержанием кислорода в атмосфере имеет, по крайней мере, историю жизни, которая породил этот кислород!
Так как же тогда мы можем обнаружить кислород в атмосфере планеты?
Мы не могли бы делать это так же, как мы делаем это здесь, на Земле; свет, исходящий от отдельной каменистой планеты в другой солнечной системе, слишком слаб, чтобы его можно было увидеть не только с помощью существующих телескопов, но и с помощью любого из телескопов, которые предполагается построить в следующем поколении. Но мы ожидаем огромных обновлений в технологии телескопов в течение следующего десятилетия или двух: самый большой и самый мощный телескоп в космосе перейдет от Хаббла диаметром 2,4 метра к Джеймсу Уэббу, у которого будет главное зеркало диаметром 6,5 метра., с пятикратной светосилой!
Кроме того, текущее поколение наземных телескопов 8-10 метров будет заменено телескопами 20-35 метров, обеспечивающими не только дополнительную светосилу, но и повышенную разрешение. Примеры включают Гигантский Магелланов Телескоп, Тридцатиметровый Телескоп и проекты Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа.
Это улучшение чувствительности означает, что мы сможем обнаруживать меньшие эффекты, находить меньшие планеты вокруг больших звезд и многое другое. Но, возможно, наибольший прогресс в поиске планет с кислородом и, следовательно, жизни будет достигнут там, где скалистые планеты размером с Землю проходят транзитом перед своими звездами.
Видите ли, когда планета проходит перед своей звездой, она не только блокирует часть звездного света, исходящего от звезды, но также позволяет крошечному количеству этого звездного света проходить через атмосферу планеты., устремляясь во Вселенную к нам! Точно так же, как Луна становится красной во время затмения, потому что солнечный свет проходит через атмосферу Земли, мы должны быть в состоянии увидеть крошечные сигнатуры поглощения, соответствующие различным элементам, когда далекий звездный свет проходит через атмосферу транзитной планеты.
До сих пор с помощью современных технологий мы могли находить такие признаки, как вода, в атмосферах планет размером с Нептун.
Но следующее поколение телескопов должно дать нам возможность находить такие же сигнатуры вокруг планет размером с Землю, и мы должны быть в состоянии находить эти сигнатуры вокруг звезд, возможно, до 25 -до 30 световых лет или, возможно, даже дальше! Учитывая, что у нас есть около 300 звезд только в пределах этого условного расстояния, и учитывая, что некоторые из этих планетных систем должны иметь случайное выравнивание с нашей линией обзора, у нас будет первая возможность, если производство кислорода жизнь во Вселенной действительно изобилует, чтобы найти нашу первую планету с инопланетной жизнью в течение одного поколения.
Если Вселенная благосклонна к нам, первые признаки жизни за пределами нашей Солнечной системы не только научат нас тому, что мы не одиноки, но и тому, что оптимисты правы. Жизнь может существовать не только на планетах, отличных от Земли, она может быть более распространена, чем большинство из нас осмеливались мечтать.
Прочитать полностью «Мы одни?» серия на Slate и, в частности, оригинальная часть, которая породила эту. Я хотел бы поблагодарить Сару Сигер, Дэйва Шарбонно и Алекса Березова за всю их помощь в создании оригинального произведения и за прекрасную возможность узнать о границах охотничьей жизни на экзопланетах.
Теперь оставьте свои комментарии на форуме Starts With A Bang в Scienceblogs!