Человечество сталкивается с атмосферной угрозой нашего собственного устройства, и наши междоусобные раздоры мешают нам нейтрализовать эту угрозу. Но если мы продержимся достаточно долго, возникнет обратная ситуация. Наш климат похолодает, и нам нужно будет придумать, как его согреть. Если этот день когда-нибудь наступит, мы должны быть достаточно организованы, чтобы принять этот вызов.
Если в галактике есть другие цивилизации, то одна из них, возможно, уже сталкивается с похолоданием климата или ледниковым периодом. Можем ли мы обнаружить парниковые химикаты, которые они намеренно выбрасывают в атмосферу, пытаясь согреть свою планету?
Новое исследование в The Astrophysical Journal объясняет, как JWST или будущий телескоп под названием LIFE (Большой интерферометр для экзопланет) может обнаружить определенные химические вещества в атмосфере экзопланеты, которые сигнализируют о преднамеренной попытке ее разогреть. Название — «Искусственные парниковые газы как техносигнатуры экзопланет». Ведущий автор — Эдвард Швитерман, доцент кафедры астробиологии в Калифорнийском университете в Риверсайде и научный сотрудник в Научном институте космических исследований Blue Marble в Сиэтле, штат Вашингтон.
«Загрязнители атмосферы, такие как хлорфторуглероды и NO2 «были предложены в качестве потенциальных дистанционно обнаруживаемых атмосферных техносигнатурных газов», — пишут авторы в своей статье. «Здесь мы исследуем потенциал искусственных парниковых газов, включая CF4С2Ф6С3Ф8Сан-Франциско6и НФ3для создания обнаруживаемых атмосферных сигнатур».
Первые три — перфторуглероды, мощные и долгоживущие парниковые газы (ПГ). SF6 это гексафторид серы и NF3 это трифторид азота. Оба они являются парниковыми газами с потенциалом глобального потепления в 23 500 раз больше и в 17 200 раз больше, чем у CO2 в течение 100 лет.
Эти искусственные парниковые газы могут быть техносигнатурой цивилизации, активно пытающейся согреть свою планету. Они долговечны, имеют низкую токсичность и низкий потенциал ложноположительных результатов. В природе они также встречаются лишь в небольших количествах. Их наличие указывает на промышленное производство.
«Для нас эти газы плохи, потому что мы не хотим усиливать потепление. Но они были бы полезны для цивилизации, которая, возможно, хотела бы предотвратить надвигающийся ледниковый период или терраформировать в своей системе непригодную для жизни планету, как люди предложили для Марса», — сказал астробиолог Калифорнийского университета в Риверсайде и ведущий автор Эдвард Швитерман.
Эти химикаты могут сохраняться в атмосфере до 50 000 лет, что делает их почти идеальными для цивилизации, которая сталкивается с холодным будущим. «Их не нужно будет слишком часто пополнять, чтобы поддерживать гостеприимный климат», — сказал Швитерман в пресс-релизе.
В отличие от ХФУ (хлорфторуглеродов), которые повреждают озоновый слой, эти химические вещества в значительной степени инертны. Любая цивилизация, достаточно умная, чтобы создать свою атмосферу, будет избегать ХФУ. ХФУ также недолговечны в кислородной атмосфере и не являются отличными техносигнатурами.
«Если бы у другой цивилизации была богатая кислородом атмосфера, у них также был бы озоновый слой, который они хотели бы защитить», — сказал Швитерман. «ХФУ будут расщепляться в озоновом слое, даже если они катализируют его разрушение».
Однако с нашей точки зрения, направленной на изучение внеземной цивилизации, самое лучшее в химических веществах, которые изучают исследователи, — это их выраженные инфракрасные сигнатуры при чрезвычайно низких концентрациях.
«При такой атмосфере, как земная, только одна молекула из миллиона может быть одним из этих газов, и это потенциально можно будет обнаружить», — сказал Швитерман. «Такой концентрации газа также будет достаточно, чтобы изменить климат».
Чтобы понять эти химические вещества и их обнаруживаемость, исследовательская группа смоделировала атмосферу TRAPPIST 1-f. Эта хорошо изученная скалистая экзопланета находится в обитаемой зоне красного карлика на расстоянии около 40 световых лет от нас, что делает ее реалистичной целью наблюдения на таком расстоянии.
Это исследование основано на потенциальных результатах телескопа LIFE, который все еще находится в стадии разработки. Его цель — изучить атмосферы десятков теплых экзопланет земной группы. LIFE основывается на концепциях телескопов, появившихся пару десятилетий назад, таких как космический корабль Дарвин Европейского космического агентства. Дарвин не был построен, но идея, стоящая за ним, была двоякой: найти экзопланеты, похожие на Землю, и найти доказательства жизни.
Дарвин был задуман как интерферометр, как и ЖИЗНЬ. У LIFE будет четыре отдельных космических телескопа, действующих как один.
С помощью LIFE парниковые газы будет легче обнаружить, чем другие стандартные биосигнатуры, такие как O2О3СН4и н2O. Но в отличие от этих химикатов, которые могут давать ложные положительные результаты без планетарного контекста, парниковые газы больше похожи на техносигнатуры, которые можно понять более независимо от атмосферной химии. «В отличие от биосигнатур, многие техносигнатуры могут обеспечивать большую специфичность (меньший потенциал «ложного положительного результата»), поскольку многие предполагаемые техносигнатуры имеют более ограниченные каналы абиотического образования по сравнению с биосигнатурами», — объясняют авторы в своем исследовании.
Одним из желательных аспектов поиска этих техносигнатурных парниковых газов является то, что астрономы могут найти их в рамках общих усилий по изучению атмосфер.
«Вам не понадобятся дополнительные усилия для поиска этих техносигнатур, если ваш телескоп уже характеризует планету по другим причинам», — сказал Швитерман. «И было бы потрясающе обнаружить их».
Это не футуристический сценарий, ожидающий развития новых технологий. По словам Даниэля Ангерхаузена, у нас есть возможность сделать это в ближайшее время. Ангерхаузен из Швейцарского федерального технологического института/PlanetS, организации, сотрудничающей с LIFE.
«Наш мысленный эксперимент показывает, насколько мощными будут наши телескопы следующего поколения. Мы — первое поколение в истории, обладающее технологией для систематического поиска жизни и разума в окрестностях нашей галактики», — сказал Ангерхаузен.
«Хотя все сценарии техносигнатур являются спекулятивными, мы утверждаем, что маловероятно, что фторсодержащие техносигнатурные газы будут накапливаться до обнаруживаемых уровней в техносфере только из-за непреднамеренных выбросов промышленных загрязнителей (или вулканической деятельности)», — пишут авторы.
Они также объясняют, что до того, как были идентифицированы отдельные техносигнатуры парниковых газов, аномальные сигнатуры поглощения MIR или NIR «… соответствовали присутствию искусственных парниковых газов в потенциальной техносфере».
В своем заключении они говорят, что ПГ являются жизнеспособными техносигнатурами, которые можно обнаружить во время рутинных исследований экзопланет. «Как положительные, так и отрицательные результаты будут иметь важное значение для поиска жизни в других местах», — заключают они.
