Итак, продолжим наш разговор об астробиологии. Впервые в истории в нашем распоряжении оказались технологии, позволяющие искать жизнь в нашей солнечной системе и за ее пределами. Но при двадцати планетах и больших лунах, окружающих Солнце и 200 миллиардах звезд Млечного пути, нам необходимо существенно сузить область поиска. Мощные телескопы, хорошо продуманная техника астрономических наблюдений и полевые испытания в самых удаленных и негостеприимных областях Земли помогут нам определить наиболее многообещающие места во Вселенной, с которых следует начать.

При поиске экзопланет (планетных миров в других солнечных системах) с похожими на Землю условиями, основным правилом является  искать небесные тела с температурой поверхности между 0°С и 100°С. Такая планета не может находиться слишком близко к звезде, так как в таком случае она была бы слишком горячей. Точно так же она не может быть и слишком далеко от звезды, — и быть слишком холодной. Итак, она должна находиться в так называемой «обитаемой зоне».

Астробиология или Есть ли жизнь на Марсе. Часть 2: Где и как искать?

Астробиология или Есть ли жизнь на Марсе. Часть 2: Где и как искать?

Местоположение этой зоны зависит от яркости звезды и парникового эффекта планетной атмосферы – насколько хорошо атмосфера планеты удерживает тепло. Используя математические модели планетных климатов, и учитывая излучение звезды, мы можем решить, какая из планет стоит того, чтобы ее посетить в поисках жизни. В нашей Солнечной системе обитаемая зона начинается примерно в 125 миллионах километров от Солнца и тянется еще на примерно такое же расстояние в направлении, противоположном ему. Входит в эту обитаемую зону только Земля.

Марс, который находится слегка за пределами обитаемой зоны, некогда обладал жидкой водой на поверхности. Некоторые луны, включая спутники Юпитера Европу и Ганимед, могут содержать огромные океаны воды под их ледяной «коркой» (однако эти луны получают мало солнечного света, и могут не обладать на глубине богатыми углеродом химическими соединениями).

Следует учитывать, что микроорганизмы могут выжить в условиях гораздо более суровых, чем привычные нам, млекопитающим. Так называемые экстремофилы прекрасно чувствуют себя в условиях очень низких и высоких температур и давлений, в очень кислых или щелочных средах. Некоторые из них способны справиться с температурой до 120°С. Подобные микроорганизмы можно обнаружить в таких местах, как вулканические кальдеры или гидротермальные воды в океанических подводных хребтах, часто на большой глубине и отрезанными от солнечного света.
Тем не менее, в поисках лучших условий наш взгляд обращается к звездным системам.

В арсенале астробиологов есть разные техники поиска экзопланет. Большая часть из них только косвенно определяет присутствие планеты на орбите вокруг звезды. Один из методов отслеживает траекторию звезды, с тем чтобы заметить, не меняется ли она под действием гравитационного притяжения планеты. Эта радиальная составляющая скорости определяется по небольшому сдвигу в длине волны света в спектре звезды. Обычно при этом речь идет о скоростях, непревосходящих несколько метров в секунду, и чтобы заметить этот эффект, необходимо измерять тысячи разных длин волн. Именно благодаря этой технике первую планету вне солнечной системы удалось обнаружить в 1995 году, а всего с тех пор так их было найдено более 400.

Второй способ позволяет обнаружить только планеты, орбита которых проходит прямо перед ее звездой, если смотреть с Земли. Когда сама планета проходит перед звездой, она ненадолго блокирует малую часть света звезды. Измерение доли света, блокированной во время этого «перехода» планеты, позволяет определить размеры планеты. С помощью этого мощного метода орбитальный телескоп NASA Кеплер обнаружил более 1000 предположительных экзопланет в одном небольшом ответвлении нашей галактики. Иногда можно даже детектировать свет, отраженный от планеты, когда она проходит по орбите с другой стороны звезды.

Другой метод основан на гравитационной фокусировке света, — следствии того положения общей теории относительности, что большие массы искривляют пространство-время. Если свет от далекой звезды проходит вблизи другой массивной звезды на своем пути к Земле, искривление пространства-времени может действовать как линза, значительно усиливая интенсивность света. Экзопланету на подходящей орбите можно заметить благодаря изменениям, которые она создает в усиленном потоке света.

Наконец, планету можно обнаружить путем прямых наблюдений. Несмотря на то, что это сравнимо с задачей обнаружения светлячка, летающего вблизи светящего в глаза прожектора, успехи в развитии телескопной техники  и обработке изображений позволили астрономам достигнуть желаемого. Пока что мы можем наблюдать только планеты размером с Юпитер или большие, и зачастую гораздо более горячие. Но в конце концов должны стать наблюдаемыми и более холодные и маленькие планеты.

Розыск планет, похожих на Землю, – неплохое начало, но это не единственно возможный путь. Хотя наша галактика, Млечный путь, и содержит несколько десятков миллиардов звезд, похожих на наше Солнце, но они не составляют большинства. Более 70 процентов звезд больше чем в два раза легче Солнца, — и больше чем 10 раз менее яркие. Самые маленькие, миниатюрные красные карлики могут быть в 1000 раз тусклее Солнца. Большинство ближайших к нам экзопланетарных соседей могут занимать орбиты вокруг подобных звезд.

Однако, они могут быть непростым местом для жизни. Планеты, обращающиеся вокруг таких тусклых звезд, могут содержать воду в жидком состоянии, только если они находятся на достаточно близкой орбите. На таких расстояниях гравитационные приливные силы могут остановить вращение планеты (как это произошло с Луной на орбите Земли), так что она будет иметь стороны вечного дня и вечной ночи. Кроме того, красные карлики склонны к мощным вспышкам радиации, что может подвергнуть поверхность планеты облучению и уничтожить зарождающуюся атмосферу. Однако, на таких планетах все же могут существовать области с жидкой водой.

Имеет значение и размер планеты. Твердые планеты массой до десяти земных масс могут иметь разный состав, включая большее содержание воды и других нужных веществ, чем Земля. Хотя гравитация на поверхности будет слегка выше, многие из них могут обладать теми же предпочтительными для жизни характеристиками, что и наша планета. Такие большие планеты легче обнаружить и изучать, чем меньшие планеты, что и делает их неплохим «тренировочным» объектом применения измерительных методов и техник, которые в дальнейшем будут использованы на планетах более похожих на Землю.

Наблюдения с орбитального телескопа «Кеплер» показывают, что по крайней мере 6 процентов звезд солнечного типа имеют на орбитах небольшие твердые планеты. Это означает, что только в нашей Галактике могут быть миллионы планет размером с Землю в обитаемой зоне вокруг звезды. Подготовка лучших телескопов и отработка исследовательских методик на ближайших к нам небесных телах может быть ключом к отысканию жизни.

В частности, астробиологам будет необходимо искать химические признаки прочно установившейся атмосферы. Микробные формы жизни изменяют химический состав земли, моря и атмосферы. Кислород, двуокись углерода и азот участвуют в глобальных циклах, которые поддерживаются живыми организмами, и которые вступают во взаимодействие с геофизическими и климатическими процессами. Но возможно ли будет заметить подобные циклы на других, удаленных планетах?

Свет звезд, проходя через атмосферу планет, дает возможность определить ее структуру и химический состав. Астрономы уже начали использовать это явление для проведения температурного и химического анализа гигантских планет, в то время, как они проходят перед своими звездами. Этот метод может сработать даже и для меньших миров.

Сейчас один только «Кеплер» уже нашел в более чем 950 звездных системах более 1200 экзопланет, из которых десятки находятся в обитаемой зоне. И наша способность изучать далекие миры значительно усилится с запуском нового телескопа «Джеймс Вебб», следующего после «Хаббла» телескопа такого класса, способного исследовать планеты у близлежащих легких звезд. Измеряя температуру этих миров, и находя в их атмосферах признаки воды, кислорода, озона и даже метана, мы сможем начать составлять общую картину тамошних «сред обитания». Возможно, мы сумеем даже уловить свет, отраженный от поверхности океанов. Со временем мы будем отслеживать сезонные и другие изменения, которые могут обнаружить химическое «дыхание» атмосферы.

Все это очень многообещающе, если сравнивать с положением дел в этой области всего несколько десятилетий назад. Но какими успешными ни будут исследования с помощью телескопов, рано или поздно встанет вопрос о необходимости прямо полететь и убедиться в наличии или отсутствии жизни на той или иной планете.  И ждать здесь осталось недолго: ближайший проект такого рода, марсоход «Любопытство» (Curiosity) стартует уже в 2012.

GD Star Rating
loading...
Астробиология или Есть ли жизнь на Марсе. Часть 2: Где и как искать?, 9.0 out of 10 based on 1 rating

Добавить комментарий