Космический телескоп «Джеймс Уэбб» способен искать «углеродистые» атмосферы экзопланет для обнаружения инопланетной жизни. «У нас есть способ узнать, есть ли жидкая вода на другой планете. И мы сможем добиться этого в ближайшие несколько лет».
Группа исследователей, в том числе ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Бирмингемского университета, предполагают, что если скалистые миры, такие как Земля, за пределами Солнечной системы, имеют меньшее количество углекислого газа в своих атмосферах, чем другие планеты в той же системе , это может быть признаком того, что они содержат жидкую воду. И, как мы знаем из формирования жизни на нашей планете и условий, необходимых для поддержания жизни здесь, наличие жидкой воды является ключевым индикатором потенциальной обитаемости.
В то время как поиск ключевых химических компонентов, указывающих на обитаемость на экзопланетах, находится лишь в пределах досягаемости современных технологий, обедненный углекислый газ является признаком, который JWST теперь готов обнаружить.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» — орбитальная инфракрасная обсерватория. Самый крупный космический телескоп с самым большим зеркалом из когда-либо запущенных человечеством. Первоначально назывался «Космический телескоп нового поколения». Запуск: 25 декабря 2021 года.
Астрономы обнаружили, что сложные органические соединения присутствуют даже в самых древних галактиках Вселенной. Ученые совершили это открытие в ходе изучения данных, собранных орбитальным телескопом «Джеймс Уэбб» во время наблюдений за галактикой SPT0418-47, расположенной в созвездии Часов и удаленной от Земли примерно на 12 млрд световых лет.
На 6 декабря 2021 года в каталоге жизнепригодных экзопланет было 59 подтверждённых экзопланет. Для сравнения в список добавлены Земля и 3 другие планеты земной группы Солнечной системы.
Основной уровень жизнепригодности — параметр, определяющий водно-тепловую пригодность климата планеты для существования наземных продуцентов (растительности). Параметр принимает значение в диапазоне от 0 до 1, где «1» — наиболее пригодные для жизни условия и является функцией от температуры поверхности и относительной влажности. Значение «1» присваивается планетам со средней приповерхностной температурой 25 °C, являющейся наиболее оптимальной для большинства видов растений; «0» — планетам с температурой выше 50 °C и ниже 0 °C. Для экзопланет используется только температурная составляющая и предполагается, что на планете присутствует вода.
Удалённость от обитаемой зоны — параметр, определяющий удалённость планеты от центра обитаемой зоны родительской звезды. Планеты в обитаемой зоне имеют значения от −1 до +1, где «0» обозначает центр обитаемой зоны, а −1 и +1 — её внутренний и внешний края. Удалённость от обитаемой зоны является функцией от светимости звезды, её температуры, а также расстояния до планеты.
Состав обитаемой зоны — параметр, определяющий валовый состав экзопланеты. Значения, близкие к 0, обозначают тела, состоящие из смеси железа, камня и воды. Значения ниже −1 обозначают тела, состоящие преимущественно из железа, а значения выше +1 обозначают тела, состоящие преимущественно из газа. HZC зависит от массы и радиуса.
Атмосфера обитаемой зоны — параметр, характеризующий возможность экзопланеты держать атмосферу. Значения ниже −1 обозначают тела со слабой атмосферой или без неё. Значения выше +1 обозначают тела, с плотной водородной атмосферой (газовые гиганты, например). Значения между −1 и +1 вероятно имеют атмосферу, подходящую для жизни, но 0 не обязательно обозначает идеальные условия. HZA зависит от массы, радиуса, орбиты вращения планеты и светимости звезды.
Планетный класс — параметр, характеризующий планетные тела в виде комбинации из трёх температурных классов и семи категорий масс. Температурный класс зависит от положения планеты относительно обитаемой зоны и может быть трёх видов: горячий, тёплый и холодный (тёплый соответствует обитаемой зоне). Категория масс подразделяется на следующие типы: астероид, меркурий, миниземля, земля, суперземля, нептун и юпитер. Классификация может применяться для экзопланет (включая спутники), а также любых планет Солнечной системы.
Класс жизнепригодности — параметр, являющийся классификацией только жизнепригодных миров (землеподобных планет в обитаемой зоне) и состоящий из пяти температурных категорий:
— гипопсихропланеты (класс hP, очень холодные планеты) — температура от −50 °C и ниже;
— психропланеты (класс Р, холодные планеты) — температура от −50 до 0 °C;
— мезопланеты (класс М, планеты с умеренной температурой, типичной мезопланетой является Земля) — температура от 0 до 50 °C;
— термопланеты (класс Т, горячие планеты) — температура от 50 до 100 °C;
— гипертермопланеты (класс hT, очень горячие планеты) — температура от 100 °C и выше.
Такой способ наименования был позаимствован из микробиологии, где он используется для классификации микроорганизмов в зависимости от температуры, благоприятствующей для их роста. Класс М включает планеты с температурой поверхности от 0 до 50 °C, пригодной для поддержания сложных форм жизни. Прочие классы подразумевают условия, подходящие только для экстремофилов. Универсальный класс NH применяется для обозначения непригодных для жизни планет.
Выделяют также разнообразие экзопланет земного типа:
— Суперземля.
Суперземля (или сверхземля) — класс планет, масса которых превышает массу Земли, но меньше массы Нептуна. Планеты этого типа были обнаружены сравнительно недавно у других звёзд. Суперземли имеют сравнительно небольшую массу, и их трудно обнаружить методом Доплеровской спектроскопии. Суперземли найдены в каждой третьей планетарной системе, открытой телескопом «Кеплер», что заставляет учёных строить предположения о причинах отсутствия их в Солнечной системе. Этот термин не подразумевает каких-либо определённых характеристик, таких как температура поверхности, состав, параметры орбиты, обитаемость или наличие определённых экосистем. Граница между суперземлями и газовыми гигантами нечёткая, и оценивается примерно в 10 масс Земли.
— Мегаземля.
Мегаземля — массивная экзопланета земного типа, которая по меньшей мере в десять раз больше массы Земли. Мегаземля существенно массивнее суперземель. Термин мегаземля был впервые введен в 2014 году, после открытия экзопланеты Kepler-10 c с массой, сравнимой с массой Нептуна и плотностью значительно большей, чем у Земли.
— Миниземля.
Миниземля — планета, существенно менее массивная, чем Земля и Венера. В Солнечной системе к данному типу планет относятся Марс и Меркурий. Планеты подобного типа практически невозможно обнаружить методом лучевых скоростей из-за их малой массы, и поэтому самым эффективным на настоящее время является транзитный метод.
— Планета-океан.
Планета-океан — разновидность планет, состоящих преимущественно изо льда, скалистых пород и металлов (приблизительно в равных пропорциях по массе для упрощения модели). В зависимости от расстояния до родительской звезды могут быть целиком покрыты океаном жидкой воды глубиной до 100 км (точное значение зависит от радиуса планеты), на большей глубине давление становится столь велико, что вода не может более существовать в жидком состоянии и затвердевает, образуя такие модификации льда, как Лёд V, VI, VII, X и другие. Пока открыта только одна такая планета — GJ 1214 b.
— Хтоническая планета.
Хтоническая планета или Юпитер, потерявший свою газовую оболочку — гипотетический класс экзопланет, которые образовались из газового гиганта в результате улетучивания газов из его атмосферы. Такое улетучивание происходит у горячих юпитеров из-за экстремальной близости к звезде — планета постепенно теряет свою атмосферу. В результате от газового гиганта остаётся только небольшое каменное или металлическое ядро, и планета переходит в класс планет земной группы. Примером планеты, теряющей свою газовую оболочку, является HD 209458 b (Осирис).
— Безъядерная планета.
Безъядерная планета — гипотетическая разновидность планет земной группы, у представителей которой полностью отсутствует металлическое ядро. Вся планета (или её твёрдая часть) в таком случае по умолчанию состоит только из огромной мантии. Так как безъядерная планета лишена ядра, она будет лишена и магнитного поля. Кроме того, она должна быть немного больше ядросодержащей. Но на нынешнем этапе исследований экзопланет различить безъядерную и ядросодержащую планеты невозможно.
— Железная планета.
Железная планета — разновидность экзопланет земного типа, которая состоит, прежде всего, из насыщенного железом ядра с последующим тонким слоем мантии, либо без мантии. Наиболее похожим астрономическим телом этого типа в Солнечной системе является Меркурий, но вероятно, во Вселенной существуют более крупные железные экзопланеты.
— Углеродная планета.
Углеродная планета — теоретическая разновидность экзопланет земного типа, которая была предсказана американским астрофизиком Марком Кюхнером. Условием для формирования планет такого типа является большое содержание углерода в протопланетном диске и малое содержание кислорода. По химическому свойству такая планета будет довольно сильно отличаться от планет земного типа, таких как Земля, Марс и Венера, которые построены преимущественно на базе кремния и кислорода, и углерода в их составе содержится не так много.
— Планета, покрытая лавой.
Планета, покрытая лавой — гипотетический тип землеподобных экзопланет, поверхность которых частично или полностью покрыта расплавленной лавой. Такая планета может существовать, если она расположена очень близко к родительской звезде и/или постоянно нагревается за счёт приливных сил. Кроме того, любая планета земного типа может временно переходить в состояние планеты, покрытой лавой, если в недавнее время планета пережила столкновение с другим крупным космическим объектом, и поверхность ещё не успела остыть.
— Пустынная планета.
Пустынная планета — планета с одним основным биомом, имеющая в основном пустынный климат с малым количеством естественных осадков или вовсе без них. Типичной пустынной планетой является Марс. Многие планеты земного типа по данному определению будут признаны пустынными планетами. Однако этот термин часто используется для обозначения тех пустынных планет, на которых сохраняется возможность существования жизни.
— Планета-сирота (скалистая).
Планета-сирота (другие возможные названия — планета-бродяга, планемо, планета-странник, межзвёздная планета, свободно плавающая планета, свободнолетящая планета, квазипланета или одиночная планета) — межзвёздный объект, имеющий массу, сопоставимую с планетарной, и шарообразную форму и являющийся по сути планетой, но не привязанный гравитационно ни к какой звезде, коричневому карлику или другой планете (хотя может иметь спутники). Если такая планета находится в галактике, она обращается непосредственно вокруг галактического ядра (период обращения обычно очень велик). В противном случае речь идёт о межгалактической планете, и планета не обращается вокруг чего-либо.
— Супер-Ио.
Супер-Ио — предполагаемый класс землеподобных экзопланет с повышенной вулканической активностью. Поверхность этих планет непрерывно меняется из-за выбрасываемого вулканами вещества, что напоминает один из четырёх галилеевских спутников Юпитера — Ио, благодаря большому количеству серы на поверхности, что связано с непрерывным активным вулканизмом. За эту схожесть класс экзопланет и получил своё название.
— Супер-Венера
Супер-Венера — это предполагаемый класс землеподобных экзопланет с плотной парниковой атмосферой. Она имеет слабое магнитное поле. При этом водяной пар (расщеплённый солнечным излучением на отдельные химические элементы) уносится солнечным ветром в межпланетное пространство. Установлено, что атмосфера планеты Венеры и сейчас теряет водород и кислород. В отсутствии большого количества воды на планете её атмосфера становится насыщенной углекислым газом. Миллионы лет назад атмосфера Земли также была в изобилии насыщена углекислым газом, выделявшимся из земных недр при вулканических извержениях. Но с появлением на Земле растений углекислота все больше и больше связывалась, так как шла на образование растительной массы (и затем захоранивалась в форме угля и известняка). Большое содержание свободной углекислоты в атмосфере Венеры, по-видимому, свидетельствует о том, что там никогда не было органической жизни, подобной земной.
