Учитывая тысячи известных экзопланет и десятки тысяч, которые, вероятно, будут открыты в ближайшие десятилетия, открытие планеты с жизнью может стать лишь вопросом времени. Хитрость в том, чтобы доказать это. До сих пор основное внимание уделялось наблюдению за составом атмосферы экзопланет в поисках молекулярных биосигнатур, которые указывали бы на наличие жизни. Но это может быть сложно, поскольку многие молекулы, образующиеся в результате жизни на Земле, также могут быть созданы в результате геологических процессов. Новое исследование утверждает, что лучшим подходом было бы сравнение состава атмосферы потенциально обитаемого мира с составом атмосферы других планет звездной системы.
Поскольку планеты формируются внутри диска обломков молодой звезды, они обычно имеют схожий состав. Из-за миграции определенных молекул, таких как водяной лед, состав внешних планет может немного отличаться от состава внутренних планет, но в целом их состав аналогичен. Для этого исследования команда изучила содержание атмосферного углерода среди миров.
Углерод — это не просто основной элемент жизни на Земле, он также легко поглощается водой и геологически связывается с горными породами. Идея состоит в том, что если экзопланета находится в потенциально обитаемой зоне звезды и имеет значительно меньше атмосферного углерода, чем аналогичные миры в ее системе, то это является сильным индикатором присутствия воды и органической жизни. Возьмем, к примеру, нашу Солнечную систему. Земля, Венера и Марс примерно находятся в обитаемой зоне Солнца, но и Венера, и Марс имеют атмосферу, состоящую в основном из углекислого газа. Напротив, атмосфера Земли состоит в основном из азота и кислорода и лишь доли процента углекислого газа. Содержание углерода в атмосфере Земли настолько сильно отличается от содержания углерода на Венере и Марсе, что кажется вероятным обитаемым миром.
В качестве демонстрации команда рассмотрела, как это может работать в звездной системе Траппист-1. Это красный карлик с семью известными планетами размером примерно с Землю. Три из этих миров попадают в потенциально обитаемую зону, так что это отличный пример для сравнения миров. Основываясь на возможностях космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), он сможет обнаруживать уровни углекислого газа в атмосфере на планетах Траппист-1. По оценкам авторов, десяти или около того явных транзитов траппистского мира будет достаточно, чтобы определить, имеет ли он обедненный CO2.2 уровень. Если один из потенциально обитаемых миров Траппистской системы имеет истощенный уровень, он станет хорошим кандидатом для дальнейшего изучения.
Авторы осторожно отмечают, что обедненный CO2 уровни сами по себе могут быть ложноположительными. Хотя большие океаны и наличие жизни могут снизить содержание углерода в атмосфере, есть и другие способы. Например, некоторые породы могут поглощать огромное количество углерода. Кроме того, поскольку траппистские планеты могут быть заблокированы приливом, темная сторона планет может стать достаточно холодной, чтобы заморозить CO.2, тем самым удаляя его из атмосферы. Есть также способы, которыми жизнь могла бы существовать в мире без истощения атмосферного углерода, поэтому, если ни один из траппистских миров не имеет низкого содержания атмосферного углерода, это все равно не устранит его от потенциального существования жизни.
Этот метод не будет окончательным, но он откроет миры, которые стоит изучить подробно. Подобно тому, как ранние наблюдения за экзопланетами начинались с поиска планет-кандидатов, которые позже были подтверждены, JWST мог найти возможные живые миры, указывая путь к подтверждению внеземной жизни. И это делает этот подход довольно интересным.
Ссылка: Трио, Амори HMJ и др. «Истощение атмосферного углерода как индикатор водных океанов и биомассы на экзопланетах земной группы с умеренным климатом». Препринт arXiv arXiv:2310.14987 (2023).
