Новые телескопы будут искать признаки жизни на далеких планетах

Оцените годность материала
(1 Голосовать)

Атмосфера мира в другой солнечной системе может выявить признаки иной биологической активности

043016 et cc feat

Запуск на поиски экзопланет набора текущих и будущих телескопов ( в том числе, слева, Spitzer, Тесс, Хабблом, Джеймс Уэбб и WFIRST-AFTA) поможет идентифицировать удаленные обитаемые миры и разглядеть новооткрытые атмосферы чужеземной биологии.

 

Наша галактика кишит планетами. За последние 25 лет астрономы обнаружили около 2000 миров в 1300 систем, вокруг нашей звездной окрестности. Хотя большинство из этих экзопланет не похожи на Землю, существует много миров пригодных для жизни.

Мы не исследовали каждый уголок нашей солнечной системы. Жизнь может скрываться под поверхностью некоторых ледяных спутников или в почве Марса. Но мы не можем путешествовать (пока) по этим мирам, вращающимся вокруг отдаленных солнц десятки световых лет от нас. Развитые внеземные цивилизации могут передавать обнаруживаемые радиосигналы, но примитивная жизнь не сможет заявить о своем присутствии в космосе.

По крайней мере, не умышленно.

Специальный доклад:
В поисках инопланетян

Люди рассматривают возможность внеземной жизни со времен средневековья. Мы по-прежнему ищем ответы и сегодня. Как выглядят инопланетяне? Где мы должны искать, чтобы найти их?  Почему мы так одержимы ими? Уруто.ру исследовал эти вопросы и многое другое в этом специальном докладе.

 

На Земле, жизнь поддерживает атмосфера. Если бы растений и животных не было вокруг, чтобы держать равновесие кислорода и метана, эти газы быстро бы улетучились. Вода, двуокись углерода, метан, кислород и озон являются примерами "биосигнатуры" ключевые элементы планеты кишат жизнью. Обнаружение биосигнатуры в атмосфере экзопланеты даст астрономам первую сильную подсказку, что мы не одиноки оставляя в стороне вопросы о том, как найти инопланетную жизнь,.

Биосигнатуры не являются доказательством процветающих экосистем. Ультрафиолетовый свет от солнца планеты может расщепить молекулы воды и создать запас кислорода; морская вода, фильтрующаяся через скалы может производить метан. "Мы никогда не сможем сказать, на 100 процентов, что планета имеет жизнь" говорит Сара Rugheimer, астрофизик из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии. Но астрономы надеются, что, учитывая достаточное количество информации об экзопланетах и звезда, они смогут предположить возможность для возникновения мира, где солнечного света и геологии достаточно, чтобы возникновение жизни получило возможность на существование. Нахождение планет, похожих на Землю, вероятно, произойдет еще через несколько десятилетий, но благодаря сегодняшней паре телескопов, астрономы могут производить поиск обитаемых миров вокруг близлежащих звезд.

Поисковой спутник экзопланет  НАСА, или TESS , будет запущен в 2017 году, чтобы обнаружить экзопланеты, обращающиеся вокруг звезд находящихся ближе всего к нам. Через год, будет запущен космический телескоп Джеймса Уэбба и заглянет внутрь некоторых из этих новооткрытых атмосфер. В сочетании, TESS и Джеймс Уэбб можно будет идентифицировать близлежащие планеты, которые являются хорошими кандидатами для жизни. Эти миры, скорее всего, будут довольно сильно отличается от Земли - они будут немного больше, и на орбите слабых, красных солнц - но исследователи надеются, что некоторые из них будут претендовать на инопланетную биологию.

Глаза на небо

В течение следующего десятилетия, несколько телескопов присоединяться к уже существующим обсерваториям, в охоте за экзопланетами и намеками на чужеродную жизнь.

 043016 hubble

Хаббл - орбитальный телескоп НАСА приступил к изучению атмосфер больших экзопланет и нескольких супер-Земель. Ruffnax

(Экипаж STS-125) / Wikimedia Commons

 

043016 jwebb

Джеймс Уэбб - НАСА инфракрасный телескоп, к запуску в 2018 году, может обнаружить биосигнатуры в атмосферах близлежащих супер-Земель. NASA /

Викисклад

 

 043016 kepler

Kepler - премьер охотник на планеты. НАСА обнаружили более 1000 экзопланет в течение первых четырех лет.

NASA / Kepler миссия / Венди Stenzel

 

043016 plato

PLATO - миссия ESA запланировано на 2024 г. направлен на мониторинг до 1 миллиона звезд и планет, похожих на Землю.

Thales Alenia Space, ЕКА

 

043016 spitzer

Spitzer - Эта инфракрасная обсерватория НАСА видит излучаемое тепло от некоторых экзопланет и может строить карты погоды и находить сырую нефть.

NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC)

 

043016 tess

TESS - следующий экзопланетный телескоп НАСА, готовится к запуску в следующем году, проведет два года сканируя 200000 звезд самых близких планет нашей Солнечной системы.

NASA ГЦКП

 

043016 wfirst

WFIRST-АФТА - Другой НАСА инфракрасный телескоп, планируется дебют в 2020-х годах, сможет изучить атмосферу экзопланет.

NASA / ГЦКП / Концептуальный Lab Изображение

 

043016 cheops

CHEOPS - телескоп Европейского космического агентства будет запущен в 2017 году, чтобы больше узнать о размере и плотности известных экзопланет.

C. Карро / ESA

 

Экзопланеты не раскрывают свои секреты легко, они находятся на расстоянии, крошечные и прижимаются к сверкающим звездам. За некоторыми исключениями. В настоящее время телескопы не могут непосредственно видеть экзопланеты, поэтому астрономы используют другие средства, чтобы выявить их существование. В редких случаях, удаленная солнечная система ориентирована таким образом, что её планеты проходят между их Солнцем и нашей Землей, события, известного как транзит. Во время транзита, звезда временно приглушается, так как планета блокирует часть его света.

Транзиты являются мощными инструментами. Они не только могут помочь выявить плотность планеты – но и помогают отличить газовые планеты от твердых - но они также могут позволить астрономам провести инвентаризации молекул, плавающих в атмосфере экзопланеты. Во время транзита, молекулы в атмосфере планеты поглощают определенные длины волн света звезды, оставляя химический отпечаток. По расшифровке отпечатков, исследователи могут вывести химический состав чужого мира.

Телескоп Хаббл

Астрономы до сих пор использовали технику транзита в первую очередь с космических телескопов, таких как космический телескоп Хаббла, чтобы исследовать атмосферу более 50 экзопланет, большинство из них миры размером с Юпитер и Нептун. Пышная атмосферах планет-гигантов легче обнаруживается, чем тонкие атмосферы небольших скалистых миров. По мере того как инструменты улучшились, исследователи начали проверять супер - земли, планеты, которые меньше, чем Нептун, но больше, чем наша Земля. Хотя таких планет, не существует в нашей солнечной системе, они являются, одним из наиболее распространенных типов в галактике.

Только три супер - Земли попали под пристальное внимание телескопа: GJ 1214b, HD 97658b и 55 Cancri е. Эти миры не имеют ничего общего с Землёй. У двух из них орбит тусклые, красные солнца, все они облетают вокруг своих звезд в течение нескольких дней (или даже часов), и ни один из них не находиться в заветный обитаемой зоне, где температура планеты как раз пригодна для образования жидкой воды. Вокруг GJ 1214b и HD 97658b, астрономы не обнаружили никаких признаков молекул , поглощающих свет звезд, что приводит исследователей к выводу , что оба мира окутанные облаками или дымкой.

В феврале, исследователи обнаружили признаки цианистого водорода на 55 Cancri е. Если эта информация подтвердится, это будет первое обнаружение любой молекулы в атмосфере супер - Земли. "Это очень сложные измерения, на пределе возможностей [космического телескопа Хаббла]", предупреждает Хизер Нутсон , астрофизик из Калифорнийского технологического института. "Мы все еще учимся работе с телескопом на этом уровне точности."

Астрономы, несомненно, будут пытаться выжать больше информации из подобных миров. Но, как говорит Кевин Франс , астрофизик из Университета Колорадо Боулдер, "Мы используем возможности Хаббл, насколько это возможно." И Хаббл не будет вечен. Чтобы продолжать изучение атмосфер экзопланет, исследователи смотрят в сторону преемника Хаббла, космического телескопа Джеймса Уебба.

"Джеймс Уэбб будет революцией в астрономии," говорит Джонатан Lunine , астрофизик в Корнельском университете. Инфракрасная обсерватория имеет зеркало в 2,7 раза шире Хаббла. Джеймс Уэбб будет искать первое поколение звезд, отслеживать, как галактики растут и - самое непосредственное отношение к поиску жизни - копаться в атмосферах планет.

Поиск в свете звезд

Атмосфера планеты в другой солнечной системе может оставить отпечаток на химический свет от своего солнца, которое могло бы раскрыть намеки на чужую биологическую активность.

 043016 et cc transit 760 png24 free

Анализируя атмосферы планет размером с Нептун и Юпитер должен будет улавливаться солнечный ветер для Джеймса Уэбба. Эти большие планеты блокируют достаточно света, чтобы сделать транзиты и легко обнаруживаются, большую атмосферу легче измерить. Супер -Земли, которые меньше, с тонкими атмосферами, являются более сложными, но Джеймс Уэбб должен быть в состоянии исследовать их. Хотя точные копии Земли находятся за пределами возможностей даже Джеймса Уэбба. "Даже если мы не можем получить биосигнатуры на планеты размером с Землю, мы все ровно собираемся проводить исследования о характере экзопланет" говорит Lunine. "Это поможет решить огромное количество вопросов"

Проблема с Землей, в том, что она не проходит часто в транзите и ее атмосфера крошечная. Это такая же проблема для инопланетных цивилизаций . которые попытаются обнаружить нас. При взгляде издалека, Земля блокирует менее 0,01 процента от солнечного света, и лишь несколько процентов из них связано с атмосферой. К несчастью астронома, Земля пересекает солнце один раз в год, в лучшем случае, 13 часов. И это при условии, что инопланетяне живут в правой части галактики, чтобы увидеть транзит Земли.

Фокус на M карлики

Вероятность обнаружения жизни улучшится, если астрономы сосредоточат свои усилия на М карликов, которые составляют около трех четвертей звезд в галактике. Тусклые красные шары маленькие, поэтому пролетными планетами блокируется сравнительно большая часть света звезды, что делает транзиты легче обнаружить. Обитаемые миры также чаще попадают в транзит. Для поддержания жидкой воды, планета должна ютиться близко к одной из этих холодных звезд, что бы оставаться в тепле. Орбиты в обитаемой зоне М карлика гораздо короче, чем сопоставимые орбиты вокруг Солнца. Вместо того, чтобы ждать транзита целый год, астрономам, возможно, придется ждать только несколько недель или месяцев.

Нет никаких причин, на то что планета вокруг звезды М не может быть похожа на Землю.- Лиза Калтенэггер

Есть потенциальные минусы М карликов. Большая часть света, который они излучают, инфракрасный, так что фотосинтез на планетах, вращающихся вокруг М карликов будет сильно отличаться от фотосинтеза на Земле. Нет никакой гарантии, что биосигнатуры от растительности, которые процветают на инфракрасном свете выглядели бы, как что-нибудь подобное из местных сортов. Многие M карлики также испускают случайные взрывы ультрафиолетового излучения - взрывы еще более опасны, потому что любая обитаемая планета находится близко к звезде. Обитаемые миры должны быть настолько близко, что сила тяжести звезды может предотвратить планету от вращения, которая может привести к возникновению экстремальных климатических различий между днем ​​и ночью. Недавние исследования, указывают на то, что ни одна из этих проблем не обязательно имеется. "Нет никаких причин , почему планета вокруг звезды М не может быть похожа на Землю," говорит Лиза Калтенэггер , астрофизик в Корнельском.

Джеймс Уэбб должен иметь возможность копаться в атмосферах нескольких обитаемых суперземель вокруг М карликов, это будет одной из первых задач. Первый поисковик планет НАСА, космический телескоп Kepler обнаружили 1,039 экзопланет в течение четырехлетней основной миссии, и 4,706 дополнительных кандидатов в ожидании подтверждения. Но большинство находок Кеплера слишком далеко для Джеймса Уэбба. Вот где TESS приходит на помощь. Он будет исследовать все близко находящиеся транзитеры вокруг ближайших соседних звезд. "Это те, которые астрономы уже десятилетия только собираются исследовать," говорит Джордж Рикер, астрофизик Массачусетского технологического института и главный исследователь миссии TESS.

В отличие от Kepler, который смотрел в одном направлении на 150000 звезд, TESS будет проводить два года наблюдения 200000 звезд по всему небу. Для того, чтобы покрыть так много звезд, TESS будет смотреть на одном месте в течение приблизительно 27 дней, прежде чем перейти на новый обзор. Это не очень подходит для поиска близнецов Земли на годичных орбитах, но это хорошо для нахождения миров в обитаемых зонах М карликов.

По результатам Кеплера, говорит астрофизик Питер Салливан из Массачусетского технологического института, и его коллеги, что TESS должен открыть около 1700 экзопланет. Из них более 500 может быть меньше Земли более чем в два раза, из которых около 50 будет лежать в обитаемых зонах своих хозяев звезд. Но собирать биосигнатуры, или какие-либо отпечатки молекул, из этих атмосфер будет сложно. Оценки варьируются, но Джеймс Уэбб потребуется около 200 часов, чтобы изучить одну супер - Землю вокруг близлежащего М карлика, и считайте эти часы только тогда, когда планета проходит перед своей звездой(в транзите).

Эти споры проходят прямо сейчас, как трудно преследовать эту мечту, говорит Нутсон, ученый Калифорнийского технологического института. Учитывая вялый темп, Джеймс Уэбб сможет получить информацию только на пару обитаемых супер - Земель. Астрономы могут расточать большое количество времени на одной или двух системах, которые могут оказаться не обитаемыми. Или они могли сосредоточить ресурсы телескопа, на планеты подобные Нептуну и Юпитеру или супер - Земель, где исследователи могут накопить много других данных о самых разнообразных мирах. Для того чтобы Джеймс Уэбб смог стать счастливчиком подсмотреть на некоторые биосигнатуры, мечты найти другую планету, как Земля, вероятнее всего, придется подождать несколько десятилетий, чтобы большая обсерватория была выведена на орбиту Земли.

043016 et cc hdst view

High-Definition Космическому телескопу не нужны будут транзиты чтобы обнаружить биосигнатуры в атмосфере экзопланеты (моделирование показывает, как наша система будет выглядеть 44 световых лет от Земли).

Л. Pueyo, М. N'Diaye / STScI

 

Техника транзита является мощной, но неэффективной. С нашей точки зрения, большинство планет не проходят между их солнцами и нами.

"Для того, чтобы действительно дать нам наилучшую вероятность обнаружения жизни, нам нужно построить телескоп, который может сделать прямое обнаружение", говорит Rugheimer. Прямое обнаружение требует прямую видимость изображения экзопланеты и ищет биосигнатуры, таких как кислород и метан отпечатаны на свету, отраженный от его поверхности. Так как этот метод не требует выравнивания между планетами и солнцами, она может, в принципе, работать для любого мира вокруг любой звезды. Но найти планету похожую на Землю можно, нужен большой телескоп.

Рассмотрим снова тех инопланетян, которые ищут нас. Они будут бороться, чтобы увидеть Землю, даже если они живут в 4,2 световых годах от нас, на звезде по соседству, Проксима Центавра (М-карлика, кстати). Это похоже на попытку увидеть 28 метровый шрифт на баскетбольном поле, стоя на расстоянии 7500 километров –это  примерно расстояние от Гонолулу до Питтсбурга.

Нет обсерваторий, способных приблизиться к возможности захватить образ планеты похожей на Землю, вокруг солнце подобной звезды. Но астрономы думают о том, как это сделать. Одна из идей заключается поставить гигантское зеркало в пространстве, снабженном устройством, которое сможет блокировать свет звезды. Чтобы увидеть несколько десятков близнецов Земли и характеризующие их атмосферы, телескопу будет нужно зеркало 12 метров в поперечнике. Это больше, чем любой оптический телескоп в настоящее время на земле и имеет в 25 раз больше светособирающую площадь чем Хаббл.

Такая обсерватория "была бы огромным достижением по сравнению с тем, что мы сделали в космосе раньше" говорит Lunine. "По сравнению с другими программами, которые предприняла эта страна "

Массивные Зеркала

Чтобы искать экзопланеты похожие на Землю, нужен телескоп с большим зеркалом.. Предлагаемый High-Definition Космический телескоп, HDST, сможет следить за десятками копий Земели, его зеркало превышает диаметр 10-метров Keck, один из крупнейших в мире оптических телескопов. Преемник Хаббла и Джеймса Уэбба, в состоянии искать жизнь на планетах больше чем Земля.

 

043016 et cc telescopes 730 free

Источник: доц. из Univ. для исследований в области астрономии

Один из ключей к успеху с телескопом высокой четкости является Коронограф, диск, который блокирует свет от любой звезды. Многие телескопы уже используются с  коронографами, особенно космические, предназначенные для наблюдением за солнцем. Джеймс Уэбб будет снабжен оборудованием с коронографом, хотя и предназначен для поиска других планет типа Земели.

Недостатком коронографа является то, что он требует исключительного контроля света, попадающего в телескоп, что усложняет конструкцию. Другие предложения для обнаружения планеты земного типа, такие как НАСА по концепции Exo-S, использовать starshade, отдельный космический корабль в форме лепестков подсолнечника. Starshade летит за десятки тысяч километров от телескопа и поддерживает идеальное выравнивание, чтобы предотвратить попадание звездного света на зеркало.

Поскольку starshade является свободно плавающим аппаратом и делает всю работу lightsuppression, он должен быть в состоянии использоваться с любым телескопом. Но никто не пытался устроить полет в космос в этом масштабе. И каждый раз, когда астрономы захотят посмотреть на новую звезду, то starshade придется двигаться вокруг телескопа, чтобы сохранить выравнивание, которое может занять несколько дней или недель. Для любого движения потребуется топливо, что ограничит, количество искомых астрономами звезд.

043016 chris starshade 445

SUN BLOCK starshade летит рядом с космическим телескопом помогая ему легче обнаружить биосигнатуры на экзопланетах, блокируя блики от солнца планеты, как видно на этой анимации.

JPL-Caltech / NASA

Сегодня эти миссии и другие подобные им существуют только на бумаге и картинках размещенных в Интернете. Сотни умов думают, где взять финансирование на 2030-е годы и последующие, ведь это всё потребует огромных финансовых и материально-технических ресурсов, астрономы считают, что это того стоит.

"Я хотел бы знать, есть ли другие обитаемые миры. Я не хочу просто гадать "говорит Калтенэггер.

Все согласны с тем, что найти мир кишащий жизнью в другом месте в галактике будет исключительно трудно. "Может быть , природа должна быть на нашей стороне", говорит Марк Клэмпин , астрофизик Центра космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте . "Но это не остановит людей от попыток, даже если это будет очень трудно. И мы, вероятно, сделаем много открытий попутно".

Последнее изменение Суббота, 07 января 2017 18:04
Prev Next

Оставить комментарий

Убедитесь, что Вы ввели всю требуемую информацию, в поля, помеченные звёздочкой (*). HTML код не допустим.

Контент

0+ Информационная продукция, опубликованная на данном сайте, предназначена для любой аудитории, если иное не указано дополнительно в отношении отдельных материалов.

Контакты

По всем вопросам и предложениям вы можете написать мне на почту!

manager@uruto.ru