В этой инфографике сравниваются характеристики трех классов звезд нашей галактики: звезды типа Солнца классифицируются как звезды G; звезды, менее массивные и холодные, чем наше Солнце, — это К-карлики; и еще более тусклые и холодные звезды — это красноватые карлики М. Размер обитаемой зоны различен для каждого класса звезд. В нашей Солнечной системе обитаемая зона начинается сразу за орбитой Венеры и почти охватывает Марс. Авторы и права: НАСА, ЕКА и З. Леви (STScI).
Экзопланеты распространены в нашей галактике, а некоторые даже вращаются в так называемой обитаемой зоне своей звезды. Космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба был занят наблюдением за некоторыми из этих небольших, потенциально обитаемых планет, и астрономы сейчас усердно работают над анализом данных Уэбба. Мы приглашаем доктора. Книколь Колон и Кристофер Старк, двое ученых проекта Уэбба из Центра космических полетов Годдарда НАСА, расскажут нам больше о проблемах в изучении этих других миров:
«Потенциально обитаемая планета часто определяется как планета, похожая по размеру на Землю, которая вращается в «обитаемой зоне» своей звезды, месте, где планета может иметь температуру, при которой на ее поверхности может существовать жидкая вода. В настоящее время мы знаем о около 30 планет, которые могут быть небольшими каменистыми планетами, такими как Земля и которые вращаются в обитаемой зоне. Однако нет никакой гарантии, что планета, вращающаяся в обитаемой зоне, действительно пригодна для жизни (на ней может поддерживаться жизнь), не говоря уже о том, чтобы она была обитаемой. в настоящее время поддерживает жизнь). На момент написания статьи известна только одна обитаемая и обитаемая планета — Земля.
«Потенциально обитаемые миры, которые наблюдает Уэбб, являются транзитными экзопланетами, то есть их орбиты расположены почти с ребра, поэтому они проходят перед своими звездами. Уэбб использует эту ориентацию для выполнения трансмиссионной спектроскопии, когда планета проходит перед своей звездой. Такая ориентация позволяет нам исследовать звездный свет, проходящий через атмосферы планет, чтобы узнать об их химическом составе.
«Однако количество звездного света, блокируемого тонкой атмосферой небольшой каменистой планеты, ничтожно, обычно намного меньше 0,02%. Просто обнаружить атмосферу вокруг этих маленьких миров очень сложно. Идентификация присутствия водяного пара, который может поддержать возможность обитаемости еще сложнее. Поиск биосигнатур (биологических газов) чрезвычайно труден, но в то же время является увлекательным занятием.
«В настоящее время существует лишь несколько небольших, потенциально обитаемых миров, которые считаются доступными для описания атмосферы с помощью Уэбба, включая планеты LHS 1140 b и TRAPPIST-1 e.
«Некоторые недавние теоретические работы, исследующие возможность обнаружения газообразных молекул в атмосфере планеты LHS 1140 b размером со сверхземлю, выдвигают на первый план несколько проблем в поиске биосигнатур. В работе отмечается примерно 10–50 транзитов планеты вокруг своей звезды-хозяина, что эквивалентно Чтобы попытаться обнаружить потенциальные биосигнатуры, такие как аммиак, фосфин, хлорметан и закись азота, в лучшем случае ясной безоблачной атмосферы потребуется 40–200 часов наблюдения с Уэббом.
«Учитывая, что Уэбб не может наблюдать за системой LHS 1140 круглый год из-за ее расположения на небе, сбор 50 наблюдений транзита LHS 1140 b займет несколько лет, если не десятилетие. Поиск биосигнатур может потребовать еще больше времени. более 50 наблюдений транзита, если атмосфера планеты облачна. Известно, что большинство небольших экзопланет имеют облака или дымку, которые ослабляют или затеняют искомый сигнал. Атмосферные сигналы этих биосигнатурных газов также имеют тенденцию перекрываться с другими ожидаемыми атмосферными сигналами. в газообразный метан или углекислый газ), поэтому различение различных сигналов является еще одной проблемой.
Смоделированный спектр пропускания земной атмосферы показывает длины волн солнечного света, которые поглощают такие молекулы, как озон (O3), вода (H2O), углекислый газ (CO2) и метан (CH4). (Обратите внимание, что на этом графике ось Y показывает количество света, блокируемого атмосферой планеты, похожей на Землю, а не яркость солнечного света, проходящего через атмосферу: яркость уменьшается снизу вверх.) Спектр пропускания модели от Лизы Калтенеггер и Зифана Lin 2021 ApJL 909. Фото: НАСА, ЕКА, Лия Хустак (STScI).
«Потенциальным направлением в поиске биосигнатур является изучение планет Хайса, которые представляют собой теоретический класс планет размером с суперземлю с относительно тонкой, богатой водородом атмосферой и значительным водным океаном. СуперЗемля K2- 18 b является кандидатом на роль потенциально обитаемой планеты Хайса, основываясь на текущих данных Уэбба и других обсерваторий.
«Недавно опубликованная работа использовала NIRSpec и NIRISS для обнаружения метана и углекислого газа в атмосфере K2-18 b, но не воды. Это означает, что предположение о том, что K2-18 b представляет собой хайский мир с жидким водным океаном, остается основанным на теоретических моделях. , пока нет прямых наблюдательных доказательств. Авторы работы также намекнули на возможное присутствие потенциального биосигнатуры диметилсульфида в атмосфере K2-18 b, но потенциальный сигнал диметилсульфида слишком слаб для убедительного обнаружения в настоящее время. данные.
«Концепция и изучение класса планет Хайса являются совершенно новыми, так что альтернативные интерпретации сценария жидководного океана (и, следовательно, потенциала обитаемой среды) все еще исследуются. Предстоящие наблюдения Уэбба с помощью инструментов NIRSpec и MIRI должно пролить дополнительный свет на природу потенциальной хайсанской планеты K2-18 b и на возможное присутствие диметилсульфида в ее атмосфере.
«Еще один сбивающий с толку фактор, который усложняет исследование Уэббом маленьких, потенциально обитаемых миров, заключается в том, что звезды-хозяева также могут демонстрировать признаки водяного пара. Это было исследовано в недавних наблюдениях Уэбба за каменистой экзопланетой, известной как GJ 486 b. Таким образом, мы имеем Дополнительная проблема заключается в том, чтобы определить, действительно ли водяной пар, обнаруженный Уэббом, исходит из атмосферы планеты, а не из ее звезды.
«Обнаружение биосигнатур в атмосферах небольших, потенциально обитаемых транзитных планет, вращающихся вокруг холодных звезд, является чрезвычайно сложной задачей, обычно требующей идеальных условий (например, безоблачной атмосферы) или предположения о ранней земной среде (т. е. отличной от современной Земли, поскольку мы это знаем), обнаружение сигналов значительно меньших, чем 200 частей на миллион, хорошая звезда без значительного количества водяного пара в звездных пятнах и значительное время телескопа для достижения достаточного соотношения сигнал-шум.
«Также важно иметь в виду, что обнаружение одной биосигнатуры любыми способами не означает открытия жизни. Для открытия жизни на экзопланете, вероятно, потребуется большой набор однозначно обнаруженных биосигнатур, данные нескольких миссий и обсерваторий, а также обширные усилия по моделированию атмосферы, и этот процесс, вероятно, займет годы.
«Сила Уэбба в том, что он обладает чувствительностью, позволяющей обнаружить и начать охарактеризовать атмосферы нескольких наиболее многообещающих потенциально обитаемых планет, вращающихся вокруг холодных звезд. У Уэбба особенно есть способность обнаруживать ряд молекул, важных для жизни, таких как вода. пар, метан и углекислый газ. Наша цель — узнать как можно больше о мирах, которые могут быть потенциально обитаемыми, даже если мы не сможем окончательно идентифицировать признаки обитаемости с помощью Уэбба.
«Наблюдения Уэбба в сочетании с исследованиями экзопланет с помощью будущего римского космического телескопа Нэнси Грейс НАСА в конечном итоге заложат основу для будущей обсерватории обитаемых миров, которая станет первой миссией НАСА, специально созданной для прямого изображения и поиска химических следов, вызванных жизнью на планете. Планеты, похожие на Землю, вращаются вокруг звезд, подобных Солнцу».
