Nowe badania sugerują, że następna generacja zaawansowanych teleskopów może udoskonalić polowanie na potencjalne życie pozaziemskie dzięki dokładnej analizie atmosfer pobliskich egzoplanet.
Nowe badania sugerują, że następna generacja zaawansowanych teleskopów może udoskonalić polowanie na potencjalne życie pozaziemskie dzięki dokładnej analizie atmosfer pobliskich egzoplanet.
Opublikowany niedawno w The Astronomical Journal nowy artykuł szczegółowo opisuje, jak zespół astronomów z Ohio State University badał zdolność przyszłych teleskopów do wykrywania chemicznych śladów tlenu, dwutlenku węgla, metanu i wody na 10 skalistych egzoplanetach. Elementy te to biosygnatury występujące również w atmosferze ziemskiej, które mogą dostarczyć kluczowych naukowych dowodów na istnienie życia.
Badanie wykazało, że w przypadku pary pobliskich światów, Proxima Centauri b i GJ 887 b, teleskopy te są bardzo skuteczne w wykrywaniu obecności potencjalnych biosygnatur. Z tych dwóch ustaleń wynika, że tylko w przypadku Proxima Centauri b maszyny byłyby w stanie wykryć dwutlenek węgla, gdyby był obecny. Chociaż nie odkryto żadnej egzoplanety, która dokładnie pokrywałaby się z wczesnymi warunkami życia na Ziemi, praca ta sugeruje, że po bardziej szczegółowym zbadaniu takie wyjątkowe SuperZiemie – planety masywniejsze od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna – mogłyby stanowić odpowiedni cel przyszłych badań misje.
Aby zintensyfikować poszukiwania planet nadających się do zamieszkania, Huihao Zhang, główny autor badania i starszy student astronomii w Ohio State, wraz z kolegami starał się również określić skuteczność wyspecjalizowanych instrumentów obrazowania, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) i inne niezwykle Duże Teleskopy (ELT), takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski, Teleskop Trzydziestometrowy i Gigantyczny Teleskop Magellana, umożliwiają bezpośrednie obrazowanie egzoplanet.
„Nie każda planeta nadaje się do bezpośredniego obrazowania, ale właśnie dlatego symulacje dają nam przybliżone pojęcie o tym, co ELT mogłyby dostarczyć i jakie obietnice mają spełnić, gdy zostaną zbudowane” – powiedział Zhang.
Bezpośrednia metoda obrazowania egzoplanet polega na użyciu koronografu lub osłony gwiazdowej do blokowania światła gwiazdy macierzystej, co pozwala naukowcom uchwycić słaby obraz nowego świata na orbicie. Ponieważ jednak zlokalizowanie ich w ten sposób może być trudne i czasochłonne, badacze chcieli sprawdzić, jak dobrze teleskopy ELT poradzą sobie z tym wyzwaniem. W tym celu przetestowali zdolność instrumentów każdego teleskopu do odróżniania uniwersalnego szumu tła od szumu planetarnego, który chcieli uchwycić podczas wykrywania biosygnałów; nazywany stosunkiem sygnału do szumu, im jest on wyższy, tym łatwiej można wykryć i przeanalizować długość fali planety.
Wyniki pokazały, że tryb bezpośredniego obrazowania jednego z instrumentów europejskiego ELT, zwanego Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, działał lepiej w przypadku trzech planet (GJ 887 b, Proxima b i Wolf 1061 c) w wykrywaniu obecności metanu, węgla dwutlenek węgla i wodę, podczas gdy jego monolityczny optyczny spektrograf polowy o wysokiej rozdzielczości kątowej i integralny spektrograf polowy bliskiej podczerwieni mógł wykrywać metan, dwutlenek węgla, tlen i wodę, ale wymagał znacznie dłuższego czasu ekspozycji.
Dodatkowo, ponieważ wnioski te dotyczyły instrumentów, które będą musiały zajrzeć przez chemiczną mgłę atmosfery ziemskiej, aby poczynić postępy w poszukiwaniu życia kosmicznego, porównano je z obecnymi możliwościami JWST w przestrzeni kosmicznej, powiedział Zhang.
„Trudno powiedzieć, czy teleskopy kosmiczne są lepsze od teleskopów naziemnych, ponieważ są inne” – powiedział. „Mają różne środowiska, różne lokalizacje, a ich obserwacje mają różne wpływy”.
W tym przypadku odkrycia ujawniły, że chociaż GJ 887 b jest jednym z najodpowiedniejszych celów do bezpośredniego obrazowania ELT, ponieważ jej lokalizacja i rozmiar powodują szczególnie wysoki stosunek sygnału do szumu, w przypadku niektórych planet tranzytujących, takich jak TRAPPIST-1 systemu, techniki JWST służące do badania atmosfer planet są bardziej odpowiednie do ich wykrywania niż bezpośrednie obrazowanie za pomocą ELT na Ziemi.
Ponieważ jednak w badaniu przyjęto bardziej konserwatywne założenia dotyczące danych, stwierdził Zhang, prawdziwa skuteczność przyszłych narzędzi astronomicznych może w dalszym ciągu zaskakiwać naukowców. Pomijając subtelne kontrasty w wydajności, te potężne technologie służą poszerzaniu naszej wiedzy o wszechświecie i mają się wzajemnie uzupełniać, powiedział Ji Wang, współautor badania i adiunkt astronomii w Ohio State. Dlatego właśnie potrzebne są badania takie jak to, które oceniają ograniczenia tych technologii, powiedział.
„Nie można wystarczająco podkreślić znaczenia symulacji, zwłaszcza w przypadku misji, które kosztują miliardy dolarów” – powiedział Wang. „Ludzie nie tylko muszą budować sprzęt, ale także bardzo się starają symulować wydajność i być przygotowani na osiągnięcie tak wspaniałych wyników”.
Najprawdopodobniej, jako że ELT nie zostaną ukończone przed końcem dekady, kolejne kroki badaczy skupią się wokół symulacji, jak dobrze przyszłe instrumenty ELT poradzą sobie z badaniem zawiłości licznych dowodów życia na naszej planecie.
„Chcemy zobaczyć, w jakim stopniu możemy zbadać naszą atmosferę z niezwykłą szczegółowością i ile informacji możemy z niej wydobyć” – powiedział Wang. „Ponieważ jeśli nie będziemy w stanie odpowiedzieć na pytania dotyczące możliwości zamieszkania w atmosferze ziemskiej, nie będziemy mogli zacząć odpowiadać na te pytania wokół innych planet”.
Badanie to zostało wsparte przez Narodową Fundację Nauki.