Телескоп, строительство которого займет 12 лет, сможет найти внеземную жизнь за считанные часы

Как показывает моделирование, при подходящих обстоятельствах обнаружение биосигнатур в атмосферах планет, вращающихся вокруг ближайших звезд, будет вполне по силам Чрезвычайно Большому Телескопу (ELT).

Если на Проксиме Центавра b есть жизнь, Чрезвычайно Большому Телескопу (ELT) может потребоваться всего 10 часов, чтобы обнаружить ее воздействие на атмосферу планеты. Наблюдения за планетами, вращающимися вокруг более далеких звезд (то есть всех остальных), займут больше времени, но моделирование, проходящее экспертную оценку, обнадеживает в отношении того, как быстро гигантский телескоп сможет ответить на один из величайших вопросов человечества, при условии, что мы выберем правильную цель.

Три гигантских телескопа, каждый из которых намного больше, чем любой из ныне действующих, находятся в стадии разработки, хотя существуют большие вопросы о том, будут ли завершены все три. Самым большим и самым передовым является Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT), который строится с 2017 года и должен провести свои первые наблюдения в 2029 году.

Одним из самых приоритетных направлений ELT является поиск “биосигнатур” – химических веществ, указывающих на присутствие жизни, – в атмосферах экзопланет (тех, что вращаются вокруг звезд, отличных от Солнца). JWST (Телескоп Джеймса Уэбба) тоже ищет их, и есть весьма спорные утверждения, что он их нашел. Однако, возможно, JWST не собирает достаточно света, чтобы с уверенностью обнаружить тонкие химические изменения, которые ищут астробиологи.

Нужны зеркала большего размера, и у ELT оно будет: его диаметр 39 метров даст ему доступ к свету, в 37 раз превышающему возможности JWST. Даже если учесть мешающее влияние земной атмосферы над местом расположения ELT в Серро-Армазонес, Чили, это может иметь решающее значение.

По крайней мере, на это надеются, но мы не можем быть уверены, пока не начнутся наблюдения и не будут сделаны первые выводы. Тем не менее, доктор Майлз Карри и профессор Виктория Медоуз из Вашингтонского университета попытались смоделировать его возможности при наблюдении за известными планетами в пределах примерно 16 световых лет от Земли.

Наиболее впечатляет то, что Карри и Медоуз считают более сложной частью роли телескопа изучение нетранзитных планет. Когда планеты проходят между нами и своей звездой (транзит), свет звезды проходит через любую атмосферу, которая у них может быть. Молекулы в этой атмосфере блокируют определенные длины волн, создавая отпечаток, который мы можем распознать. JWST уже сделал это с несколькими газовыми гигантами, непригодными для жизни. Он также изучил некоторые каменистые планеты, но, к сожалению, не обнаружил там никаких признаков атмосферы.

Когда планеты не проходят транзитом с нашей точки наблюдения, задача усложняется. Чтобы определить состав их атмосфер, мы должны смотреть на свет, который они отражают, и отличать его от прямого света звезды, который будет в десятки тысяч раз ярче.

И все же, как бы сложно это ни было, Карри и Медоуз подсчитали, что потребуется всего 10 часов наблюдений, чтобы определить соотношение кислорода к метану или углекислого газа к метану в атмосфере Проксимы Центавра b, если она у нее есть.

Эти соотношения очень важны, потому что кислород очень реактивен и не будет оставаться в атмосфере, особенно в той, которая содержит много метана, без постоянного пополнения. Трудно представить, каким мог бы быть источник этого кислорода помимо фотосинтезирующих форм жизни, если только не происходит медленное испарение гигантских океанов. Соотношение CO2/CH4 может помочь проверить правдивость такого объяснения, и авторы утверждают, что его также будет легче измерить.

Существует высокая вероятность того, что у Проксимы Центавра b вообще нет атмосферы. Ее звезда, хотя и тусклая, испускает большое количество вспышек, которые, вероятно, давно лишили такую близкую планету атмосферы.

Однако нам известно много перспективных мест, которые находятся все еще довольно близко к нам. Дополнительное расстояние означает, что до нас доходит меньше отраженного ими света, поэтому ELT придется дольше наблюдать за ними, чтобы собрать достаточное количество, но это все равно удивительно короткий период.

Это не значит, что мы можем рассчитывать найти жизнь в течение первых нескольких ночей после начала работы ELT. Во-первых, зондирование атмосфер планет – это лишь одна из многих целей, для которых телескоп строится, и исследователям придется бороться за время на нем.

Более того, нет никаких оснований полагать, что мы сразу же наткнемся на золотую жилу на первой же планете, которую мы начнем рассматривать. Возможно, много часов будет потрачено на миры, которые разочаруют, прежде чем мы наткнемся на нужный – тем не менее, мечтать никто не запрещал.

Да и поиск жизни – это не единственная причина исследовать атмосферы подобных планет. Авторы отмечают, что мы даже не уверены до конца, является ли Проксима Центавра b каменистой планетой – это может быть суб-Нептун, не такая уж и гигантская версия газовых гигантов. Зато они подсчитали, что ELT потребуется около часа, чтобы ответить на этот вопрос, и немного больше времени для других планет, с которыми мы тоже еще не определились.

За очень короткое время наши знания о ближайших мирах, местах, на которые мы высадимся первыми, если человечество когда-либо отправится к звездам, могут значительно расшириться.

Все моделирование было проведено на звездах М-типа (красных карликах). Хотя они составляют большую часть ближайших звезд, остаются вопросы об их пригодности в качестве светил для жизни. Авторы не рассматривали, сколько времени потребуется для изучения планет вокруг звезд G-типа – единственного типа, о котором мы точно знаем, что вокруг него может быть жизнь. Помимо Солнца, интересной целью может являться, например, Тау Кита, а также звезды K-типа, таких как Эпсилон Эридана. Каждая из них находится почти в три раза дальше, чем Проксима Центавра, но поскольку обе звезды намного ярче, будет сложнее заметить отражения от местных планет на фоне их сияния.

Исследование было представлено в журнал Planetary Science Journal, препринт доступен на сайте arXiv.org.