Trappist-1

Есть ли жизнь за пределами нашей планеты? Исследователи пытаются обнаружить её тремя разными способами.

Тау Кита f — это скалистая суперземля, вращающаяся вокруг звезды, похожей на Солнце. На изображении, согласно замыслу художника, открывается вид с потенциально обитаемой планеты на две гипотетические луны и небо, полное комет, создавших массивный пылевой пояс вокруг звезды. В Солнечной системе столкновения космических тел способствовали переносу воды на внутренние планеты. Тот же процесс может происходить с Тау Кита f.

Многие из величайших загадок науки связаны с вопросами о том, насколько распространена жизнь во Вселенной и какие формы она может принимать. И, учитывая популярность научно-фантастических фильмов, изображающих инопланетных существ, не только исследователи питают интерес к этой теме.

На протяжении тысячелетий великие умы размышляли о происхождении, природе и распространении внеземной жизни. Но, несмотря на их впечатляющие умственные способности, разочаровывающая реальность заключается в том, что мы действительно не знаем, есть ли кто-то или что-то за пределами нашей планеты. У учёных есть веские основания полагать, что существуют миллиарды обитаемых миров, разбросанных по всей нашей галактике во Вселенной, изобилующей жизнью — возможно, даже технологически развитой жизнью. Но может быть и так, что возникновение и долгосрочное выживание жизни на Земле было уникальным и совершенно случайным событием по меркам нашей галактики. Быть может, мы живем в одном из немногих драгоценных чудесных миров, где жизнь достигла ошеломляющего уровня разнообразия и сложности.

Учёные могут обсуждать эти вопросы до посинения. И как раз этим они и занимаются. Но единственный способ узнать окончательный ответ — это проводить наблюдения и исследования. И вот тут есть хорошие новости: никогда раньше в распоряжении учёных не было такого количества научных приборов. В воздухе буквально чувствуется восторг от того, что через 10–20 лет астробиология может совершить критический скачок от теории к прямому наблюдению, больше не являясь наукой, существование предмета исследования которой не доказано.

Хотя официальной классификации или дорожной карты не существует, учёные из разных научных дисциплин работают над тремя основными путями обнаружения внеземной жизни. Во-первых, они охотятся за жизнью в Солнечной системе, используя роботизированные миссии или миссии по доставке образцов на Землю для изучения. Во-вторых, они ищут убедительные доказательства существования миров, где жизнь потенциально может существовать, путём исследования атмосфер экзопланет. В-третьих, они гонятся за главным призом: доказательствами разумной жизни, благодаря целенаправленному поиску инопланетных сигналов или их случайному обнаружению.

Посадочный модуль NASA «Викинг-1» использовал свой специальный манипулятор, чтобы зачерпнуть немного марсианского реголита «ржавого» цвета. Впоследствии он поместил этот материал в три научных прибора, предназначенных для изучения состава образцов и поиска признаков биологической активности.

Жизнь на Марсе

Основная проблема в любом поиске жизни — это точно определить, что мы ищем. Земная жизнь принимает такие головокружительно разнообразные формы — от ацидофильных бактерий до кенгуру – что попытки дать определение этому понятию неизбежно исключают целые классы существ. Кроме того, то, что находится в большой Вселенной, может быть даже более необычным и странным, чем всё, что мы можем себе представить с нашей ограниченной геоцентрической точки зрения.

В своей недавней книге “Воображаемая жизнь“ планетолог Майкл Саммерс и физик Джеймс Трефил выделяют три вида жизни: жизнь, подобная нам, жизнь, не похожая на нас, и жизнь, совершенно не похожая на нас. Первая включает в себя всю земную флору и фауну: жизнь, основанную на органической (углеродной) химии, с использованием жидкой воды в качестве растворителя. Вторая включает химию, основанную на других элементах, помимо углерода, таких как кремний. Третья — тёмная лошадка: формы жизни так далеко за пределами нашего воображения, что мы можем даже не признать их живыми.

Учёные знакомы только с первым типом жизни, поэтому они имеют некоторое представление о том, что ищут в его рамках. Более того, исследования Солнечной системы за последние пять десятилетий значительно увеличили перечень относительно близких миров-кандидатов, которые могут обладать какой-либо знакомой формой биологической активности.

Марс остаётся самой привлекательной целью из-за его близости и неопровержимых доказательств того, что жидкая вода когда-то покрывала большую часть его поверхности. Утверждения о марсианской жизни имеют практически столетнюю историю, когда Персиваль Лоуэлл описал в книге свои легендарные каналы. В 1976-м году эксперименты Viking Labeled Release дали положительные результаты во время исследования метаболизма микробов — эффект, который большинство (но не все) учёные приписывают активному химическому составу почвы. Два десятилетия спустя группа NASA и Стэнфордского университета во главе с Дэвидом Маккеем представила доказательства существования древних микроорганизмов в марсианском метеорите ALH 84001. Это исследование до сих пор остается спорным.

Со времен “Викинга” стратегия NASA по изучению Марса заключалась в том, чтобы “следовать за водой“. Серия орбитальных аппаратов и марсоходов убедительно продемонстрировала, что миллиарды лет назад на Марсе были условия, которые позволили бы развиться жизни в том виде, в каком мы её знаем. Но действительно ли она существовала когда-либо на Красной планете, и может ли этот мир по-прежнему поддерживать её сегодня?

Интересно, что марсоход NASA Curiosity вместе с различными телескопами и орбитальными аппаратами обнаружили в атмосфере слабое присутствие метана (CH4) в концентрации до нескольких частиц на миллиард. Около 95 процентов атмосферного метана Земли является биогенным, что вселяет надежду на то, что производящие метан марсианские микробы (метаногены) могут существовать вокруг подземных водоносных горизонтов. Но это открытие всё ещё остается спорным. Например, орбитальный аппарат Европейского космического агентства (ESA) Trace Gas Orbiter не обнаружил ни единой частицы метана. И даже если последний действительно присутствует в атмосфере, то, как выяснили учёные, существуют многочисленные геологические и химические процессы, которые могут производить газ без какого-либо участия жизни.

Следующий марсоход, Perseverance, должен прибыть в кратер Езеро, представляющий собой дно древнего озера, 18 февраля 2021-го года (на момент перевода статьи он уже прибыл на Марс в назначенную дату — прим.ред.). На нём нет каких-либо приборов, специально предназначенных для обнаружения существующей жизни, но его системы визуализации теоретически могут выявить её макроскопические формы или окаменелости.

“Большая часть профессионального сообщества считает, что это крайне маловероятно, но не невозможно“, — говорит член команды Джим Белл из Университета штата Аризона. Белл считает более вероятным, что мощные приборы Perseverance смогут обнаружить сложные молекулы, связанные с биологическими процессами. Что еще более важно, Perseverance пробурит марсианскую почву на несколько сантиметров, чтобы собрать десятки образцов горных пород и реголита для их последующего возвращения на Землю. NASA и ESA совместно работают над миссией стоимостью 7 миллиардов долларов по доставке образцов, которая сможет вернуть их к 2031-му году. NASA предоставит посадочный модуль и стартовую платформу для сбора оставленных Perseverance образцов, и их запуска на орбиту Марса. ESA же создаст космический аппарат, который заберёт образцы и доставит их на Землю.

Европа, спутник Юпитера, является лучшим местом для поиска жизни в Солнечной системе. Её размер немного меньше нашей Луны, она покрыта ледяной оболочкой, которая скрывает то, что, по мнению исследователей, является солёным жидким океаном.

По мнению Белла, миссия Perseverance не будет завершена, пока эти образцы не будут доставлены на Землю. По его словам, изучение их в лаборатории “позволит нам проводить эксперименты по обнаружению жизни с гораздо большей точностью, чем мы могли бы это сделать на Марсе“.

ESA также планирует миссию с марсоходом Rosalind Franklin, названным в честь великого британского учёного. Первоначально запуск ровера планировался в июле этого года (речь про 2020-й год, статья прошлогодняя — прим. ред.), но он был отложен до 2022-го года из-за проблем при испытании парашюта. Rosalind Franklin пробурит примерно два метра вглубь поверхности планеты, опустошенной разрушающим органические молекулы ультрафиолетовым излучением Солнца Марсоход оснащён камерами и спектрометрами, способными обнаруживать химические и минеральные признаки когда-либо существовавшей и, возможно, существующей и сейчас жизни.

Обнаружение жизни на Марсе было бы грандиозным прорывом. Если эта жизнь окажется похожей на земную, это будет означать, что либо она была перенесена внутри метеороида с одной планеты на другую, либо оба мира были «засеяны» из общего внешнего источника.

Было бы чудесно узнать, что планеты могут обмениваться жизнью, и что земная её форма могла возникнуть на Марсе. Но если марсианская жизнь имеет другой химический состав, если она не основана на клетках или использует другие кодирующие информацию молекулы, помимо ДНК и РНК, это убедительно засвидетельствует то, что жизнь независимо сформировалась в двух разных мирах и пошла разными путями. Тогда это будет означать, что она широко распространена в галактике.

Главный научный сотрудник NASA Джеймс Грин говорит, что даже если жизнь на Марсе и сформировалась бы точно так же, как здесь, на Земле, её нынешняя форма была бы результатом множества уникальных факторов окружающей среды. “Когда мы воссоздадим её [марсианскую жизнь], мы увидим эту эволюционную разницу. Это то, что делает нашу отрасль очень интересной“, — говорит он.

Ледяные миры внешней области солнечной системы

Человечество давно сосредоточило внимание на Марсе как на наиболее многообещающем вместилище жизни. Но межпланетные зонды значительно расширили этот список, включив в него миры, которые потенциально могут содержать океаны с жидкой водой под своими ледяными оболочками. Расчёты покойного ученого-планетолога из Аризонского университета Адама Шоумена показывают, что в Солнечной системе может быть от 12 до 15 миров с подповерхностными океанами. К ним относятся планеты, луны и даже объекты пояса Койпера, такие как Плутон.

Ледяной спутник Сатурна Энцелад, размером со штат Аризона (или с Польшу, если сравнивать с отдельным государством — прим.ред), является одним из нескольких мест в Солнечной системе, где в настоящее время может существовать жизнь. Было замечено, что из трещин на его поверхности бьют струи воды, указывая на то, что под ней может находится океан.

“На данном этапе наличие у большинства из них подповерхностных океанов основано лишь на спекулятивных теориях. Объекты с реальные доказательствами – это Европа, Ганимед (предположительно), Каллисто, Энцелад и Титан“, – сказал Шоумен, трагически скончавшийся во время публикации этой статьи.

Как и другие учёные, Шоумен отметил Европу и Энцелад как наиболее многообещающих кандидатов. Обе эти луны подвергаются приливному разогреву за счет гравитационного взаимодействия с их планетами-хозяйками (Юпитером и Сатурном, соответственно) и соседними спутниками. В обоих случаях модели внутренних структур этих лун показывают, что их океаны зажаты между ледяным слоем наверху и скалистым слоем внизу. “Это открывает возможность взаимодействия воды и камня, в результате чего в океан могут попасть биологически интересные химические вещества“, — сказал Шоумен.

Жизнь в таких мирах может быть представлена мириадами бактерий, трубчатых червей, моллюсков и других созданий, которые процветают вокруг жерл гидротермальных источников на дне океана Земли. Эти существа питаются не солнечным светом, а веществами, выбрасываемыми через вентиляционные отверстия этих источников.

Ледяные оболочки Европы и Энцелада относительно тонкие. В 2005-м году космический аппарат NASA Cassini отправил впечатляющие изображения струй, выбрасывающих в космос частицы солёного льда из южной полярной области Энцелада. А в 2014-м космический телескоп Хаббл впервые обнаружил их следы непосредственно на южном полюсе Европы. В 2019-м году исследователи представили лучшее доказательство того, что струи Европы содержат воду. Все эти открытия предполагают, что биогенные материалы могут существовать на поверхности или вблизи неё.

Запланированная агентством NASA миссия Europa Clipper облетит одноимённую луну, Европу, 44 раза, начиная с начала 2030-х годов. Учёные ожидают, что она подтвердит существование мирового океана, измерит толщину ледяной оболочки и поможет исследователям определить биологический потенциал спутника. Грин говорит, что космический аппарат сможет собрать образцы материала из струй Европы для возможных доказательств наличия органических веществ и других признаков жизни. По его словам, этот материал может поступать из гидротермальных источников на дне глобального подземного океана. Космический аппарат не сможет обнаружить настоящие формы жизни, но он вполне может предоставить убедительные доказательства того, что она возможна. А результаты могут, в свою очередь, побудить к созданию посадочного модуля для отбора проб поверхностного материала или даже для того, чтобы пробурить или растопить лед для непосредственного исследования океана.

Обнаружить жизнь в океаническом мире Солнечной системы – мечта любого астробиолога. Это будет означать, что Вселенная наполнена ею, поскольку, как говорит Саммерс, “океанические миры, вероятно, являются обычным явлением в галактике“.NASA также планирует запустить роботизированный винтокрылый аппарат под названием Dragonfly на большой спутник Сатурна Титан в 2034-м году. Титан – единственный спутник с плотной атмосферой, которая похожа на земную по поверхностному давлению и своему составу с преобладанием азота. Более того, радар, установленный на аппарате Cassini, обнаружил на Титане десятки озер, заполненных жидким метаном и этаном (C2H6). Это мир, насыщенный органическими соединениями.

Такие научные приборы, как Прибор для Спектроскопии Экзопланет в Нью-Мексико (NESSI) на телескопе Хейла в Паломарской обсерватории, уже исследует атмосферы экзопланет, чтобы помочь учёным узнать об их химическом составе. Хотя NESSI, изображенный здесь вместе с астрономом Лаборатории реактивного движения Марком Суэйном, предназначен для изучения газовых планет-гигантов, исследователи говорят, что в будущем он сможет наблюдать и экзопланеты, похожие на Землю.

При температуре -290 градусов по Фаренгейту (-179 градусов по Цельсию) поверхность Титана, вероятно, слишком холодна для жизни, какой мы её знаем. Но Dragonfly, с помощью своего набора научных приборов, будет изучать химию спутника и, возможно, найдет ключи к разгадке происхождения жизни на Земле. Ему может даже повезти, если он обнаружит те её признаки, о которых мы не знаем. “Титан является притягательной целью, потому что там действительно можно было бы найти жизнь 2.0 с совсем другой основой для биологии“, — говорит астроном из Университета Аризоны Крис Импи.

Атмосфера экзопланет

Благодаря революционным достижениям в открытии и исследовании экзопланет за последние 20 лет стало возможным то, что учёные, возможно, смогут найти первые убедительные доказательства существования внеземной жизни на планете за пределами Солнечной системы.

По состоянию на конец июня 2020-го года астрономы обнаружили 4274 планеты за пределами нашей системы. А благодаря космическим телескопам, таким как Хаббл и Кеплер, а также многочисленным научным наземным приборам, у нас есть удивительно подробная информация о размере, массе, плотности и даже составе атмосфер многих из этих миров.

На данный момент лучшую информацию об атмосферах экзопланет даёт именно транзитная спектроскопия. Проще говоря, это когда планета пересекает лицевую сторону своей звезды-хозяйки, если смотреть с точки зрения Земли, свет звезды проходит сквозь верхние слои атмосферы планеты и взаимодействует с находящимися там химическими веществами. Сравнивая спектры, полученные во время транзита, с наблюдениями только за звездой, когда планета не проходит перед ней, астрономы могут извлечь информацию о химическом составе её атмосферы.

Не заблуждайтесь – это чрезвычайно сложные и трудоёмкие наблюдения. Но несколько команд использовали эту технику, чтобы выявить состав атмосферы на нескольких десятках экзопланет, обнаружив такие химические вещества, как вода, окись углерода (CO), железо, магний, натрий, калий и даже столь редкие элементы как скандий и иттрий.

Обитаемая зона (сверху вниз) — горячие звёзды, звёзды, похожие на Солнце, холодные звёзды. Обитаемая зона (выделенная зеленым цветом) представляет собой область вокруг звезды, где на поверхности планет возможно существование жидкой воды. Эта область меньше у маленьких холодных звёзд и, соответственно, больше для горячих.

Одна особенно интересная планета – это K2-18 b, мини-Нептун, вращающийся в пределах обитаемой зоны своей звезды – красного карлика. Две исследовательские группы с помощью телескопа “Хаббл” обнаружили значительное количество водяного пара в её атмосфере, богатой водородом и гелием. Вода, вероятно, конденсируется в облака, которые могут вызвать дождь. Остаётся неизвестным, будет ли у K2-18 b каменистая или водная поверхность, способствующая жизни.

“Это действительно первый раз, когда мы исследовали условия на планете в обитаемой зоне“, – говорит Бьорн Беннеке из Университета Монреаля в Канаде, руководитель одной из двух групп, обнаруживших водяной пар.

Современные телескопы и приборы не обладают достаточной разрешающей способностью и чувствительностью, чтобы выявить комбинации химических веществ, указывающих на наличие жизни на планетах земного типа с умеренным климатом, таких как свободный кислород (кислород, такой как O2 и O3, не связанный с другими элементами), углекислый газ и метан. Учёные особенно заинтересованы в обнаружении доказательств «неравновесной химии» – смеси соединений, которые не должны существовать вместе в атмосфере планеты без присутствия жизни. Например, кислород и метан не могли бы сосуществовать в атмосфере Земли без фотосинтезирующих организмов, постоянно пополняющих их запасы. Но, как отмечает Стефани Олсон из Чикагского университета, “фотосинтез может выглядеть совершенно иначе на других планетах“, поэтому проявление неравновесной химии также будет выглядеть иначе.

Хотя нынешнее поколение телескопов не совсем подходит для этой задачи, следующему поколению может повезти больше. После запуска и развёртывания (ожидается в 2021-м году), космический телескоп NASA James Webb будет проводить инфракрасные наблюдения за относительно близлежащими транзитными экзопланетами, особенно за суперземлями, вращающимися вокруг красных карликов. Но лучше всего телескоп будет находить планеты с примитивной жизнью, напоминающей ту, что была на ранней Земле, поскольку большинство биосигнатур, присутствующих в экзопланетных атмосферах, могут не отображаться достаточно чётко из-за относительно скромного спектрального разрешения его приборов.

Научное сообщество возлагает большие надежды на будущие наземные обсерватории, такие как 24,5-метровый гигантский Магелланов телескоп, Тридцатиметровый телескоп и 39-метровый Чрезвычайно большой телескоп Европейской южной обсерватории, каждый из которых сможет увидеть первый свет ближе к концу десятилетия. Эти гиганты будут оснащены спектрографами высокого разрешения и другими высокотехнологичными приборами для поиска биосигнатур в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Они особенно хорошо подойдут для обнаружения свободного кислорода – явного признака жизни в нашем мире.

Вероятно, самой интересной целью будет TRAPPIST-1, красный карлик на расстоянии сорока световых лет от нас. У этой крошечной звезды присутствует семь транзитных планет земного типа, по крайней мере три из которых вращаются в пределах обитаемой зоны. Космический телескоп NASA TESS в настоящее время занимается поиском дополнительных целей для последующего изучения. Той же задачей будет занят европейская орбитальная обсерватория PLATO, которая будет запущена в 2026-м году.

Титан — единственный спутник Солнечной системы с обширной атмосферой и жидкими озёрами и морями на поверхности, которые на этом изображении, сделанном аппаратом Cassini, выглядят как тёмные области неправильной формы. Самое большое море в дальнем правом углу изображенной здесь группы – — море Кракена. Слева вверху находится море Лигеи, а чуть ниже его – море Пунги, второе и третье по величине моря спутника, соответственно.

Астрономы также планируют использовать новые методы наблюдения за гораздо большим количеством планет, которые не совершают транзит мимо своих родительских звезд. Исследование таких объектов позволит телескопу заглянуть вглубь их атмосфер и, возможно, даже до поверхности. Одной из первых целей таких исследований, вероятно, станет планета с примерно земной массой, вращающаяся в пределах обитаемой зоны Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды, расположенной на расстоянии всего 4,2 световых года от нас.

Одна международная команда разрабатывает проект ExoLife Finder (ELF), представляющий из себя 20-30-метровый телескоп (в зависимости от финансирования), оптимизированный для наблюдений относительно близлежащих экзопланет в ближнем инфракрасном диапазоне. По словам члена команды Джеффа Куна из Гавайского университета, ELF будет использовать комбинацию передовых технологий для управления входящими световыми волнами от звезды, чтобы главное зеркало работало как коронограф – прибор, который астрономы используют для блокировки света звезды и исследования области вокруг неё на предмет более тусклых объектов. Это позволит исследователям изучать планету благодаря тому, что её слабый свет не будет теряться в ярком свечении светила.

ELF способен на гораздо большее, чем просто спектроскопия. “Мы продемонстрировали, как ELF может получать изображения поверхности экзопланет в пределах 30 световых лет от Солнца“, — говорит Кун. Он добавляет, что, наблюдая за планетой, вращающейся вокруг своей оси, ELF может даже “получить изображения поверхности и облаков“. В настоящее время команда строит на Канарских островах прототип телескопа miniELF для тестирования некоторых технологий.

Но даже если астрономы найдут биосигнатуры в атмосферах экзопланет, остается неясным, примет ли их широкое сообщество как свидетельство внеземной жизни. “Я не думаю, что какое-либо обнаружение за пределами Солнечной системы даст 100-процентную уверенность в том, что на другой планете есть жизнь. Я думаю, что всегда будет шанс, что это не жизнь, а какой-то маловероятный способ создания сигнатуры неживыми процессами“, – говорит астроном Йоханна Теске из Научного института Карнеги.

Но она также отмечает, что если астрономы смогут найти несколько сигнатур, которые сложно получить с помощью небиологических процессов, или если они найдут биосигнатуры на нескольких планетах, это будет “невероятно убедительно“.

Антенная решетка Аллена в Каскадных горах Калифорнии предназначена для поиска разумной внеземной жизни. Её 42 антенны сканируют небо в поисках радиосигналов инопланетного происхождения.

NASA и ESA рассматривают возможность создания космических телескопов, предназначенных для наблюдений за экзопланетами. На 2028-й год запланирован запуск инфракрасного космического телескопа ARIEL который позволит исследовать атмосферы тысячи транзитных планет с помощью основного овального зеркала размером 1,1 на 0,7 метра.

После этого планируется миссия NASA Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) в рамках которой примерно в 2035-м году будет запущен 4-метровый телескоп для проведения спектроскопии и получения изображений землеподобных планет в обитаемых зонах.

А миссия NASA LUVOIR предполагает запуск 8- или 15-метрового телескопа с коронографом в конце 2030-х годов для детального описания атмосфер и поверхностей экзопланет. Как отмечает астроном Джошуа Криссансен-Тоттон из Калифорнийского университета в Санта-Круз, LUVOIR может найти жизнь на планетах с альтернативными биосферами, со “странными комбинациями атмосферных газов, дымки или поверхностных пигментов“.

“Я думаю, что в конечном итоге что-то вроде LUVOIR или HabEx даст нам наилучшие шансы найти биосигнатуры из-за количества планет, которые эти телескопы планируют обследовать“, — говорит Теске.

Поиск инопланетных сигналов

У нас также существует шанс выиграть в лотерею благодаря программе “Поиск внеземной жизни“ или SETI. Обнаружение прямых доказательств существования инопланетной цивилизации безвозвратно изменит ход истории так, как никто не может предсказать. Это также показало бы, что разумная жизнь вполне способна пережить технологическую юность.

Астрономы продолжают исследовать небо с помощью больших радиотелескопов в надежде поймать сигналы от высокоразвитых цивилизаций. В феврале проект Breakthrough Listen публично опубликовал почти 2 петабайта данных наблюдений, включая сканирование центра Галактики и кратковременное наблюдение за 20 ближайшими звездами, цивилизации которых увидят транзит Земли (ее проход перед Солнцем).

Никаких определенных радиосигналов инопланетян никогда не было обнаружено: ситуация, которую скептики называют “Великой тишиной“. Но астрономы SETI справедливо возражают, что проведённые на сегодняшний день радио-исследования находятся в самом начале своего пути с точки зрения количества звёзд на небе и радиочастот, которые были изучены. То же самое касается текущих оптических попыток SETI обнаруживать чужие лазерные сигналы.

Традиционный подход SETI с использованием радиотелескопов будет развиваться в ближайшие годы по мере постройки новых объектов и появления новых возможностей у уже существующих. Но творческие астрономы стремятся расширить эти подходы. Главный исследователь Breakthrough Listen Эндрю Симион говорит: “Как астрономы SETI, мы проводим собственные эксперименты. Но мы также стараемся сделать всё возможное, чтобы убедить наших коллег внимательно следить за тем, чего они не ожидают, и не сбрасывать со счетов возможность того, что их эксперименты могут выявить доказательства существования внеземного разума“.

Не все усилия SETI пассивны. В 1974-м году Фрэнк Дрейк использовал обсерваторию Аресибо в Пуэрто-Рико, чтобы намеренно передать простое графическое сообщение в направлении шарового скопления M13, которое находится на расстоянии 25000 световых лет от нас.

Если ELF будет построен и начнёт вести наблюдение в соответствии со своими спецификациями, он потенциально сможет отыскать признаки продвинутых инопланетян с помощью техносигнатур, таких как тепловые изображения городов в ночных полушариях близлежащих экзопланет. Телескопы будущего также смогут обнаружить компоненты атмосфер экзопланет, такие как хлорфторуглероды, которые могут быть произведены только искусственным путем.

Астроном из Университета Пенсильвании Джейсон Райт продвигал идею о том, что учёные должны внимательно следить за инопланетными мегаструктурами, крупномасштабными астро-инженерными проектами, такими как сферы Дайсона – огромными скоплениями космических аппаратов, которые развитые цивилизации могли бы использовать для сбора энергии своих звезд. Предполагается, что эти структуры могут быть обнаружены при инфракрасных наблюдениях.

Райт также отмечает, что мы только начали исследовать Солнечную систему. Помимо Земли, единственным миром, поверхность которого картографирована в высоком разрешении, является лишь Луна. И прямо здесь, на Земле, георадар только недавно обнаружил древние города, останки которых прятались всего в нескольких сантиметрах под землей.

В 2019-м году Адам Франк из Университета Рочестера и Гэвин Шмидт из Института космических исследований Годдарда, относящемуся к NASA, опубликовали рецензируемую статью о силурийской гипотезе. Это идея, что индустриальная цивилизация могла населять Землю миллионы лет назад. Они пришли к выводу, что эрозия и тектоника плит почти полностью стерли все признаки такой жизни из геологической летописи. Но даже несмотря на то, что в своей статье они “сильно сомневаются“ в существовании такой прошлой цивилизации, они предложили способы, которыми геологи могли бы искать признаки того, что она существовала, например, “более глубокое изучение элементарных и композиционных аномалий“ в древних отложениях.

Кто знает, что находится под поверхностью наших соседних миров или может вращаться вокруг Солнца без нашего ведома? “Мы можем обнаружить сигнал или другой знак, например, от свободно плавающего артефакта внутри Солнечной системы“, — говорит Райт.

Обнаружение технологически развитой внеземной жизни может помочь ответить на глубокий вопрос о том, есть ли у разумных существ постбиологическое будущее, то есть в виде компьютера или машинного интеллекта. “Это, конечно, всё предположения, но некий гибрид биологической жизни и машины кажется возможным исходом для человечества.

Или можно представить себе самовоспроизводящиеся зонды, посылаемые в космос, чтобы подготовить почву для нас, биологических существ. И если мы считаем, что это может случиться в нашем будущем, то это уже могло произойти где-то ещё“, – говорит физик Стивен Уэбб из Портсмутского университета в Англии.

Любое обнаружение внеземной жизни – примитивной или развитой, близкой или далекой – даст человечеству новое понимание своего места во Вселенной. Будущие открытия покажут нам, насколько распространены миры где существует жизнь, какой её вид смогут поддерживать определенные типы планет и, возможно, существуют ли вообще совершенно другие её формы. Поиск жизни в самых различных местах – один из святых Граалей науки, призванный расширить наши горизонты познания в космосе.

Это перевод оригинальной статьи с сайта Astronomy.com, написанной Робертом Нэйем 17 сентября 2020 года. Ссылка на источник

Как оказалось, на большом количестве экзопланет могла существовать жизнь

Новое исследование показывает, что у других звезд, таких как наше Солнце, может быть до семи планет земного типа.

Таково заключение исследования, проведенного астробиологом Калифорнийского университета в Риверсайде Стивеном Кейном, опубликованного на этой неделе в журнале Astronomical Journal.

Поиск жизни в космическом пространстве обычно сосредоточен на том, что ученые называют "обитаемой зоной", то есть областью вокруг звезды, в которой вращающаяся планета может иметь жидкие водные океаны - условие для жизни, как мы ее знаем.

Кейн изучал соседнюю солнечную систему под названием TRAPPIST-1, в обитаемой зоне которой находятся три планеты земного типа.

"Это заставило меня задуматься о максимальном количестве обитаемых планет, которое может быть у звезды, и почему у нашей звезды только одна", - сказал Кейн.

Его команда создала модельную систему, в которой они моделировали планеты различных размеров, вращающиеся вокруг своих звезд . Алгоритм учитывал гравитационные силы и помог проверить, как планеты взаимодействовали друг с другом в течение миллионов лет.

Они обнаружили, что некоторые звезды могут поддерживать до семи планет Земного типа, и что звезда, подобная нашему Солнцу, потенциально может поддерживать шесть таких планет.

- Если количество поддерживаемых планет больше семи, то планеты становятся слишком близко друг к другу и дестабилизируют орбиты друг друга, - сказал Кейн.

Почему же тогда наша Солнечная система имеет только одну обитаемую планету, если она способна поддерживать шесть? Это происходит, если движение планет является круговым, а не овальным или нерегулярным, сводя к минимуму любой тесный контакт и поддерживая стабильные орбиты.

Кейн также подозревает, что Юпитер, масса которого в два с половиной раза превышает массу всех других планет Солнечной системы вместе взятых, ограничивает обитаемость нашей системы.

-Он оказывает большое влияние на обитаемость нашей Солнечной системы, потому что он массивен и нарушает другие орбиты, - сказал Кейн.

Известно, что лишь у немногих звезд есть несколько планет в их обитаемых зонах.

Продвигаясь вперед, Кейн планирует искать звезды, полностью окруженные планетами. Эти звезды станут главными мишенями для телескопов НАСА, таких как телескоп в обсерватории обитаемых экзопланет Лаборатории реактивного движения.

Исследование Кейна выявило одну такую звезду, бета CVn, которая находится относительно близко на расстоянии 27 световых лет.

Будущие исследования также будут включать в себя создание новых моделей, изучающих химию атмосферы обитаемых зон планет в других звездных системах.

Подобные проекты открывают не только новые возможности для поиска жизни в космосе. Они также дают ученым представление о силах, которые могут однажды изменить жизнь на нашей планете.

"Хотя мы знаем, что Земля была пригодна для жизни на протяжении большей части своей истории, остается много вопросов относительно того, как эти благоприятные условия развивались со временем, и конкретных движущих сил этих изменений", - сказал Кейн. - Измеряя свойства экзопланет, эволюционные пути которых могут быть схожи с путями нашей планеты, мы получаем представление о прошлом и будущем этой планеты - и о том, что мы должны сделать, чтобы сохранить ее обитаемость".

Планетарные орбиты TRAPPIST-1 не смещены

Астрономы используя телескоп Subaru, определили, что планеты, подобные Земле, системы TRAPPIST-1 не имеют значительного смещения от плоскости вращения центральной звезды. Это важный результат для понимания эволюции планетных систем вокруг звезд с очень малой массой в целом и, в частности, в истории планет TRAPPIST-1, в том числе близких к обитаемой зоне.

Звезды, подобные Солнцу, не статичны, а вращаются вокруг оси. Это вращение наиболее заметно, когда на поверхности звезды есть такие вещи, как солнечные пятна. В Солнечной системе орбиты всех планет находятся в пределах 7 градусов с вращением Солнца. В прошлом предполагалось, что планетарные орбиты планет будут выровнены с вращением звезды, но в настоящее время существует много известных примеров систем экзопланет, где планетарные орбиты сильно смещены относительно вращения центральной звезды. В связи с этим возникает вопрос: могут ли планетные системы образовываться путем планетарной миграции или же наблюдаемые смещения планет имеют динамическое взаимодействие?

Система TRAPPIST-1 привлекла внимание, потому что она имеет три маленькие скалистые планеты, расположенные в или около обитаемой зоны, где может существовать жидкая вода. Центральная звезда очень холодная, с очень низкой массой, называемая М-карликом, а планеты расположены очень близко к центральной звезде. Следовательно, эта планетная система сильно отличается от нашей Солнечной системы. Определение истории этой системы важно, поскольку она может помочь определить, пригодна ли какая-либо из потенциально обитаемых планет на самом деле.

Но это также интересная система, потому что в ней отсутствуют какие-либо близлежащие объекты, которые могли бы нарушить орбиты планет, а это означает, что их орбиты все еще должны быть расположены близко к тому месту, где планеты сформировались. Это дает астрономам возможность исследовать изначальные условия этой системы.

Если планета проходит, проходит между звездой и Землей и блокирует небольшую часть света от звезды, можно определить, какой край звезды планета блокирует первым. Используя эффект Росситера-Маклафлина можно измерить смещение между планетарной орбитой и вращением звезды. Однако до сих пор эти наблюдения ограничивались большими планетами, такими как Юпитер или Нептун.

Команда исследователей, в том числе из Токийского технологического института и Астробиологического центра в Японии, наблюдали за TRAPPIST-1 с помощью телескопа Subaru, чтобы найти несоответствие между планетарными орбитами и звездой. Команда воспользовалась шансом 31 августа 2018 года, когда три из экзопланет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, прошли перед звездой за одну ночь. Две из трех были скалистыми планетами около обитаемой зоны.

С маломассивными звездами, как правило слабыми, было невозможно исследовать звездный наклон (угол орбиты вращения) для TRAPPIST-1. Но благодаря способности собирать свет телескопа Subaru и высокому спектральному разрешению нового инфракрасного спектрографа IRD команда смогла измерить этот наклон. Они обнаружили, что наклон был низким, близким к нулю. Это первое измерение звездного наклона для звезды с очень низкой массой, такой как TRAPPIST-1, а также первое измерение Росситера-Маклафлина для планет в обитаемой зоне.

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=...

Однако руководитель группы Теруюки Хирано из Токийского технологического института предостерегает: «Данные предполагают выравнивание вращение звезды с осями планетарных орбит, но точность измерений была недостаточно хороша, чтобы полностью исключить небольшое смещение орбиты. Тем не менее, это первое обнаружение эффекта с экзопланетами в обитаемой зоне, а большее количество работ будет лучше характеризовать эту замечательную экзопланетную систему".

Как планеты системы TRAPPIST-1 получили свою воду?

В 2017 году международная команда астрономов объявила о важном открытии. На основании многолетних наблюдений они обнаружили, что система TRAPPIST-1 (красный карлик М-типа, расположенный в 40 световых годах от Земли) содержит не менее семи каменистых планет. Не менее захватывающим был тот факт, что три из этих планет были обнаружены в обитаемой зоне звезды (HZ), а у самой системы было 8 миллиардов лет, чтобы зародить химические элементы для жизни.

В то же время тот факт, что планеты вращаются по кругу вокруг красной карликовой звезды, вызывает сомнения в том, что эти три планеты могут поддерживать атмосферу или жидкую воду на протяжении долгого времени. Согласно новому исследованию международной группы астрономов, все сводится к составу мусорного диска, из которого образовались планеты, и к тому, были ли вокруг кометы, чтобы распределить воду.

Группу, ответственную за это исследование, возглавлял Себастьян Марино из Института астрономии им. Макса Планка (MPIA). В состав группы входили также члены Кембриджского университета, Университета Уорика, Бирмингемского университета, Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и MPIA. Исследование, которое описывает их результаты, недавно появилось в ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.

С точки зрения того, как возникла солнечная система, астрономы придерживаются общего мнения, что она сформировалась более 4,6 миллиардов лет назад из туманности, состоящей из газа, пыли и летучих веществ (Небулярная гипотеза). Эта теория гласит, что эти элементы сначала объединяются в центре, подвергаясь гравитационному коллапсу для создания Солнца. Со временем остальная часть материала образовала диск вокруг Солнца, который в конечном итоге нарастал с образованием планет.

В пределах внешних границ солнечной системы объекты, оставшиеся от формации, обосновались в большом поясе, содержащем огромное количество объектов - иначе известным как пояс Койпера. В соответствии с теорией поздней бомбардировки вода распределялась по Земле и по всей солнечной системе бесчисленными кометами и ледяными объектами, которые выбивались из этого пояса и бросались внутрь системы.

Если система TRAPPIST-1 имеет собственный пояс Койпера, то вполне понятно, что там тоже был задействован аналогичный процесс. В этом случае гравитационные возмущения привели бы к выбиванию объектов из пояса, который затем направлялись к семи планетам, чтобы падать на их поверхности. В сочетании с подходящими атмосферными условиями, три планеты в обитаемой зоне звезды могли иметь достаточное количество воды на своих поверхностях.

Как объяснил доктор Марино: «Наличие пояса указывает на то, что в системе имеется большой резервуар летучих веществ и воды. Этот резервуар, как правило, расположен дальше в холодных областях системы, однако существуют и другие процессы, которые могут принести часть этого богатого водой материала к планетам обитаемой зоны и доставить его содержимое. Пояс комет является признаком того, что вода существовала».

Тем не менее, доктор Марино также добавил, что отсутствие такого пояса вокруг звезд сегодня не является доказательством того, что в системе не будет достаточного запаса воды для поддержания жизни. Вполне возможно, что системы с таким поясом потеряли его после миллиардов лет эволюции из-за динамических событий. Также возможно, что он мог стать слишком слабым, чтобы его можно было обнаружить, поскольку пояса естественным образом со временем становятся менее массивными и яркими.

Чтобы найти признак пояса экзо-Койпера вокруг системы TRAPPIST-1, команда использовала данные, собранные с помощью большого миллиметрового / субмиллиметрового массива Atacama (ALMA). Он известен своей способностью обнаруживать объекты, которые излучают электромагнитное излучение между инфракрасным и радиоволнами с высокой степенью чувствительности.

Это позволяет ALMA визуализировать частицы пыли и летучие элементы (например, окись углерода), которые характеризуют полосы мусора. Они, как правило, слишком слабые, чтобы их можно было увидеть в видимом свете, но излучают тепловое излучение которое они поглощают от звезды. Несмотря на чувствительность ALMA, команда не нашла доказательств существования экзо-койперского пояса вокруг TRAPPIST-1.

«К сожалению, мы не обнаружили его в TRAPPIST-1, но наши верхние пределы позволили нам исключить, что система первоначально имела массивный пояс больших комет на расстоянии, подобном поясу Койпера», - сказал доктор Марино. «Возможно, однако, что система действительно сформировалась с таким поясом, но он был полностью разрушен динамической нестабильностью в системе».

Они также пришли к выводу, что система TRAPPIST-1 могла родиться с планетарным диском, радиус которого был меньше 40 а.е., а материал имел массу менее 20 масс Земли. Более того, они предполагают, что большинство частиц пыли в диске, вероятно, транспортировались внутрь системы и использовались для формирования семи планет, составляющих планетную систему.

Доктор Марино и его коллеги также использовали свой код моделирования для изучения архивных данных ALMA о Проксиме Центавра и ее системе экзопланет, которые включают скалистую и потенциально обитаемую Проксиму b и недавно обнаруженную суперземную Проксиму c. В 2017 году данные ALMA использовались для подтверждения существования там холодного пояса пыли и мусора, что было расценено как возможный признак того, что у звезды было больше экзопланет.

Их результаты также показали только верхние пределы для эмиссии газа и пыли, что означало бы, что молодой диск Проксимы Центавра примерно на одну десятую меньше, чем тот, который сформировал нашу солнечную систему. Как объяснил доктор Марино, это исследование поднимает несколько вопросов о звездных системах малой массы:

«Если бы мы продолжали обнаруживать, что система этого типа не имеет массивных кометных поясов, это могло бы означать, что весь материал, который использовался бы для формирования этих комет, использовался вместо этого для формирования и роста планет. Непонятно, что это означает для этих планет, поскольку все зависит от того, где и как эти планеты сформировались. Этот тип пояса находится около ~ 20% соседних звезд, которые похожи на наше солнце или более яркие. Вокруг звезд с низкой массой, это было намного сложнее, и мы знаем только несколько поясов вокруг звезд типа М».

Это может быть связано с определенными искажениями, которые облегчают обнаружение более теплых поясов вокруг ярких звезд, чем холодных поясов вокруг звезд М-типа, добавляет доктор Марино. Это также может быть результатом некоторой внутренней разницы между архитектурой планетных систем вокруг звезд типа G или ярче и тех, которые вращаются вокруг красных карликов.

Короче говоря, как рано вода транспортировалась через звездные системы M-типа, остается загадкой. В то же время результаты призвали доктора Марино и его коллег применить свои методы к более молодым и более близким звездным системам, чтобы усовершенствовать свои модели и повысить вероятность обнаружения.

Эти усилия также выиграют от новых космических и наземных телескопов, которые появятся в ближайшие годы. «Ожидается, что некоторые телескопы следующего поколения будут более чувствительными, и, таким образом, обнаружат эти пояса, если они действительно есть, но недостаточно яркие, чтобы обнаружить их с помощью современных телескопов», - сказал доктор Марино.

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=articles&i...

Как и в случае других открытий, эти результаты показывают, как исследования экзопланет перешли от процесса открытия к процессу характеристики. С улучшением инструментов и методологии мы начинаем видеть, насколько разнообразными и дифференцированными могут быть другие типы звездных систем.