Поиск потенциально обитаемых планет – задача, которая стоит перед учёными с тех пор, как они научились находить планеты у других звёзд. Они становятся объектами пристального внимания и приоритетного изучения с помощью новейшего оборудования, в том числе космического телескопа «Джеймс Уэбб».
На сегодняшний день известны тысячи таких экзопланет, но среди них очень мало таких, на которых были бы условия, сходные с земными. А ведь на таких вполне могла бы зародиться жизнь, и даже развиться в некое подобие цивилизации. Только вот вопрос с её обнаружением до сих пор остаётся открытым, ведь нет никаких проверенных на практике методов, а единственная цивилизация, известная нам – наша собственная.
Поэтому группа учёных из ETH Zurich (Швейцарский технологический институт в Цюрихе) задалась целью узнать, смогли бы они, находясь на большом удалении от нашей Земли, определить на ней наличие жизни, и с какого расстояния это возможно сделать. Руководил исследованием доктор Даниэль Ангерхаузен, астрофизик и астробиолог в ETH Zurich.
Так как нам известны все исходные данные о Земле, её биосфере и техносфере, климатических и геологических условиях, это даёт массу данных для моделирования. С одной стороны, это позволит получить ответ на вопрос, смогут ли инопланетные цивилизации нас найти, а с другой – оценить наши возможности по их обнаружению. По крайней мере, это поможет точнее находить землеподобные планеты с условиями, подходящими для людей.
Для этого учёные намерены использовать космический телескоп Large Interferometer for Exoplanets (LIFE), основная цель которого – поиск признаков жизни на планетах в других звёздных системах. Он пока не построен и существует только в виде концепции, однако его запуск планируется в конце 2026 или в начале 2027 года. Этот проект учёные и протестировали с целью узнать, сможет ли он обнаружить жизнь на Земле, так как он в этом плане самый современный и специализированный.
Как телескоп LIFE сможет обнаруживать обитаемые планеты
Отличие телескопа LIFE от всех остальных в том, что он будет состоять из пяти телескопов, которые будут разнесены на определённое расстояние, но работать все вместе, как единая система. Благодаря этому эффективная апертура телескопа будет гораздо больше – фактически как расстояние между отдельными устройствами. Это позволяет получить очень высокую проницающую способность и исследовать вещи, недоступные в земных условиях.
Так схематически будет выглядеть телескоп LIFE с расширенной апертурой.
Диапазон работы телескопа – средний инфракрасный, так как в нём лучше всего заметны спектральные линии веществ, которые можно считать биомаркерами. В качестве таких веществ выбраны озон, метан (в частности хлорметан и бромметан), оксиды азота и углерода, углекислый газ, вода. Все они необходимы для жизнедеятельности форм жизни, которые нам известны, или выделяются в ходе их жизнедеятельности. Наличие их в атмосфере планеты в достаточно больших количествах может говорить с высокой вероятностью о наличии жизни.
Вся сеть телескопов LIFE будет расположена в точке Лагранжа 2, которая расположена снаружи орбиты Земли, в 1,5 миллионах километров от неё. Это идеальное место для космических телескопов, в области земной полутени, где влияние Солнца несколько перекрывается Землёй. Там сейчас расположен телескоп «Джеймс Уэбб».
Телескоп LIFE будет вести наблюдение за экзопланетами, собирая и накапливая о них спектральные данные, которые со временем могут меняться. На Земле такие изменения происходят по временам года и если смотреть с разных точек – с полюсов или вдоль экватора. Поэтому важна и длительность наблюдений. Все эти данные для Земли имеются.
Этот спектр в инфракрасном диапазоне принадлежит экзопланете WASP-39b. Он получен телескопом «Джеймс Уэбб» в 2022 году и здесь хорошо видно наличие углекислого газа в атмосфере планеты. Телескоп LIFE сможет получить гораздо больше таких данных.
Хотя телескоп еще не построен, учёные могут тестировать его возможности на реальных данных и получать реальные результаты. Для этого они решили испытать его на земной атмосфере, а в качестве детектора использовали LIFEsim – это программное обеспечение, по сути симулятор телескопа LIFE, который на основе спектральной информации может выдавать те же результаты, что и реальный телескоп. Кстати, этот инструмент есть в открытом доступе на GitHub, его последнюю версию можно скачать и установить на Windows, Linux или Mac OS.
Результаты эксперимента
Учёных интересовало, сумеет ли телескоп LIFE найти следы веществ-биомаркеров на Земле с дистанции 30 световых лет. Особенно их интересовало обнаружение воды, углекислого газа, озона, метана. Если он сможет сделать на примере Земли, то обнаружит их и на других планетах.
Телескоп LIFE успешно справился с задачей – он обнаружил на Земле наличие углекислого газа, метана, озона и воды. Он даже смог выявить условия, которые показывают наличие жидкой воды на поверхности планеты. Кроме того, результаты оказались одинаково надёжными, независимо от того, под каким углом телескоп «смотрит» на планету. То есть учёные испытали его на земных спектральных данных, полученных с разных ракурсов и получили одинаковые результаты. Это очень важно, ведь экзопланеты могут располагаться под самыми разными углами, и это могло бы влиять на результаты.
Также оказалось, что сезонность на планете не станет проблемой. Она вызвала некоторые колебания в результатах, но едва заметные.
Также важно было выяснить, сколько по времени нужно вести наблюдения, чтобы собрать достаточно данных для одной экзопланеты. Если этот срок слишком большой, то проект просто станет нерентабельным и непрактичным. Учёные составили список землеподобных планет с радиусом от 0,5 до 1,5 земных и расположенных в пределах 65 световых лет от Солнечной системы. Оказалось, что время сбора спектральных данных от планетарной атмосферы может колебаться от нескольких дней до 100 дней. Например, для изучения близких планет Проксимы Центавра достаточно нескольких дней, а для удалённых может потребоваться и 50, и 100 дней.
По словам учёных, LIFE продемонстрировал отличные результаты и этот телескоп будет способен обследовать на наличие биомаркеров все планеты в окрестностях Солнечной системы.
