Ищем, слушаем и нюхаем

«В течение десятилетия мы найдем убедительные доказательства жизни за пределами Земли», — сказала Эллен Стофан, научный руководитель агентства, на конференции НАСА по обитаемым мирам в космосе в апреле 2015 года. Она добавила, что неопровержимые и определяющие факты о существовании внеземной жизни будут собраны в течение 20-30 лет.

«Мы знаем, где искать и как искать», — заявил Стофан. «А так как мы на правильном пути, то нет причин сомневаться, что мы найдем то, что ищем». Что именно имелось в виду под небесным телом, представители агентства не уточнили. Их заявления показывают, что это может быть, например, Марс, другой объект Солнечной системы или какая-то экзопланета, хотя в последнем случае трудно предположить, что убедительные доказательства будут получены всего за одно поколение. Определенно открытия последних лет и месяцев говорят об одном: вода — причем в жидком состоянии, которое считается необходимым условием образования и поддержания живых организмов, — в Солнечной системе имеется в избытке.

«К 2040 году мы обнаружим внеземную жизнь», — вторит НАСА в своих многочисленных заявлениях для СМИ Сет Шостак из Института SETI. Однако о контакте с чужой цивилизацией речь не идет — в последние годы нас увлекли новые открытия именно предпосылок существования жизни, таких как ресурсы жидкой воды в телах Солнечной системы, следы водоемов и водотоков. на Марсе или наличие землеподобных планет в зонах жизни звезд. Так мы слышим об условиях, благоприятствующих жизни, и о следах, чаще всего химических. Разница между настоящим и тем, что произошло несколько десятилетий назад, заключается в том, что теперь следы, признаки и условия жизни не являются исключительными почти в любом месте, даже на Венере или в недрах далеких спутников Сатурна.

Количество инструментов и методов, используемых для обнаружения таких определенных подсказок, растет. Мы совершенствуем методы наблюдения, прослушивания и обнаружения в различных диапазонах волн. В последнее время много говорят о поиске химических следов, сигнатур жизни даже вокруг очень далеких звезд. Это наше «нюханье».

Отличный китайский балдахин

Наши инструменты больше и более чувствительны. В сентябре 2016 года гигантский был введен в эксплуатацию. Китайский радиотелескоп FASTчьей задачей будет поиск признаков жизни на других планетах. Ученые всего мира возлагают на его деятельность большие надежды. «Он сможет вести наблюдения быстрее и дальше, чем когда-либо прежде в истории внеземных исследований», — сказал Дуглас Вакоч, председатель МЕТИ Интернэшнл, организация, занимающаяся поиском инопланетных форм разума. Поле зрения FAST будет в два раза больше, чем телескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, который был на переднем крае в течение последних 53 лет.

Навес FAST (сферический телескоп с пятисотметровой апертурой) имеет диаметр 500 м. Он состоит из 4450 треугольных панелей из алюминия. Он занимает площадь, сравнимую с тридцатью футбольными полями. Для работы ему нужна полная тишина в радиусе 5 км, поэтому было переселено почти 10 XNUMX человек из окрестностей. люди. Радиотелескоп расположен в природном бассейне среди красивых пейзажей зеленых карстовых образований в южной провинции Гуйчжоу.

Однако, прежде чем FAST начнет надлежащий мониторинг в поисках внеземных цивилизаций, его необходимо сначала правильно откалибровать. Поэтому первые два года его работы будут посвящены в основном предварительным исследованиям и регулированию.

Миллионер и физик

Одним из самых известных последних проектов по поиску разумной жизни в космосе является проект британских и американских ученых, поддержанный российским миллиардером Юрием Мильнером. Бизнесмен и физик потратил 100 миллионов долларов на исследования, которые, как ожидается, продлятся не менее десяти лет. «За один день мы соберем столько же данных, сколько другие подобные программы собирали за год», — заявляет Милнер. Физик Стивен Хокинг, участвующий в проекте, говорит, что поиски имеют смысл сейчас, когда открыто так много внесолнечных планет. «В космосе так много миров и органических молекул, что кажется, что там может существовать жизнь», — прокомментировал он. Проект назовут крупнейшим на сегодняшний день научным исследованием по поиску признаков разумной жизни за пределами Земли. Под руководством группы ученых из Калифорнийского университета в Беркли он будет иметь широкий доступ к двум самым мощным телескопам в мире: Зеленый банк в Западной Вирджинии и Телескоп Паркс в Новом Южном Уэльсе, Австралия.

Мы можем узнать развитую цивилизацию издалека по:

• наличие газов, особенно загрязнителей воздуха, хлорфторуглеродов, углекислого газа, метана, аммиака;
• огни и отражения света от объектов, построенных цивилизацией;
• тепловыделение;
• интенсивные радиационные выбросы;
• таинственные объекты — например, большие станции и движущиеся корабли;
• существование структур, образование которых нельзя объяснить ссылкой на естественные причины.

Мильнер представил еще одну инициативу, названную. Он пообещал выплатить 1 миллион долларов. награды тому, кто создаст специальное цифровое сообщение для отправки в космос, которое лучше всего представляет человечество и Землю. И на этом идеи дуэта Милнер-Хокинг не заканчиваются. Недавно СМИ сообщили о проекте, который предполагает отправку управляемого лазером нанозонда к звездной системе, достигающего скорости… одной пятой скорости света!

Космическая химия

Ничто так не утешает тех, кто ищет жизнь в открытом космосе, как открытие хорошо известных «знакомых» химических веществ в отдаленных районах космоса. Даже если облака водяного пара «Висит» в открытом космосе. Несколько лет назад такое облако было обнаружено вокруг квазара PG 0052+251. Согласно современным знаниям, это самый большой из всех известных резервуаров воды в космосе. Точные расчеты показывают, что если бы весь этот водяной пар сконденсировался, его было бы в 140 триллионов раз больше, чем воды во всех океанах Земли. Масса обнаруженного среди звезд «резервуара с водой» составляет 100 XNUMX. раз больше массы Солнца. То, что где-то есть вода, не означает, что там есть жизнь. Для того, чтобы он процветал, необходимо выполнить множество различных условий.

Об астрономических «находках» органических веществ в отдаленных уголках космоса в последнее время мы слышим довольно часто. В 2012 году, например, ученые обнаружили на расстоянии около XNUMX световых лет от нас гидроксиламинкоторый состоит из атомов азота, кислорода и водорода и в сочетании с другими молекулами теоретически способен формировать структуры жизни на других планетах.

Органические соединения в протопланетном диске, вращающемся вокруг звезды MWC 480.

Метилцианид (СН₃CN) я цианоацетилен (ХК₃N), которые находились в протопланетном диске, вращающемся вокруг звезды MWC 480, обнаруженном в 2015 году исследователями из Американского Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA), — еще один ключ к тому, что в космосе может быть химия с шансом на биохимию. Почему эти отношения являются таким важным открытием? Они присутствовали в нашей Солнечной системе в то время, когда на Земле формировалась жизнь, и без них наш мир, вероятно, не выглядел бы так, как сегодня. Сама звезда MWC 480 в два раза тяжелее нашей звезды и находится примерно в 455 световых годах от Солнца, что немного по сравнению с найденными в космосе расстояниями.

Недавно, в июне 2016 г., исследователи из группы, в которую входят, в частности, Бретт Макгуайр из обсерватории NRAO и профессор Брэндон Кэрролл из Калифорнийского технологического института заметили следы сложных органических молекул, принадлежащих к так называемым хиральные молекулы. Хиральность проявляется в том, что исходная молекула и ее зеркальное отражение не тождественны и, как и все другие хиральные объекты, не могут быть совмещены путем переноса и вращения в пространстве. Хиральность характерна для многих природных соединений — сахаров, белков и т. д. Пока мы не видели ни одного из них, кроме Земли.

Эти открытия не означают, что жизнь возникает в космосе. Тем не менее они предполагают, что по крайней мере часть частиц, необходимых для ее рождения, может образоваться там, а затем отправиться к планетам вместе с метеоритами и другими объектами.

Цвета жизни

Заслуженный Космический телескоп Кеплер способствовал открытию более сотни планет земного типа и насчитывает тысячи кандидатов в экзопланеты. С 2017 года НАСА планирует использовать еще один космический телескоп, преемник Кеплера. Транзитный спутник для исследования экзопланет, TESS. Его задачей будет поиск внесолнечных планет транзитом (т.е. прохождением через родительские звезды). Отправив его на высокую эллиптическую орбиту вокруг Земли, вы сможете просканировать все небо в поисках планет, вращающихся вокруг ярких звезд в непосредственной близости от нас. Миссия, вероятно, продлится два года, в течение которых будет исследовано около полумиллиона звезд. Благодаря этому ученые рассчитывают открыть несколько сотен планет, подобных Земле. Дальнейшие новые инструменты, такие как, например. Космический телескоп Джеймса Уэбба (Космический телескоп Джеймса Уэбба), должны следить за уже сделанными открытиями и углубляться в них, исследовать атмосферу и искать химические подсказки, которые впоследствии могут привести к обнаружению жизни.

Проект Transiting Exoplanet Survey Satellite — визуализация

Однако, насколько нам приблизительно известно, что представляют собой так называемые биопризнаки жизни (например, наличие кислорода и метана в атмосферах), неизвестно, какие из этих химических сигналов с расстояния в десятки и сотни световых лет окончательно решают дело. Ученые сходятся во мнении, что наличие кислорода и метана одновременно является сильной предпосылкой для жизни, поскольку не существует известных неживых процессов, которые производили бы оба газа одновременно. Однако, как выясняется, такие сигнатуры могут быть разрушены экзоспутниками, возможно, вращающимися вокруг экзопланет (как они это делают вокруг большинства планет Солнечной системы). Ибо если в атмосфере Луны содержится метан, а в планетах кислород, то наши приборы (на современном этапе их развития) могут объединить их в одну кислородно-метановую сигнатуру, не замечая экзолуны.

Может, надо смотреть не по химическим следам, а по цвету? Многие астробиологи считают, что галобактерии были одними из первых обитателей нашей планеты. Эти микробы поглощали зеленый спектр излучения и преобразовывали его в энергию. С другой стороны, они отражали фиолетовое излучение, благодаря чему наша планета при взгляде из космоса имела именно такой цвет.

Чтобы поглотить зеленый свет, галобактерии использовали ретинальный, то есть зрительный пурпур, который можно найти в глазах позвоночных. Однако со временем на нашей планете стали доминировать бактерии-эксплуататоры. хлорофиллкоторый поглощает фиолетовый свет и отражает зеленый свет. Вот почему земля выглядит так, как выглядит. Астрологи предполагают, что в других планетных системах галобактерии могут продолжать расти, поэтому они предполагают поиск жизни на фиолетовых планетах.

Объекты такого цвета, скорее всего, сможет увидеть упомянутый телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2018 год. Такие объекты, впрочем, можно будет наблюдать, при условии, что они находятся не слишком далеко от Солнечной системы, и центральная звезда планетарной системы достаточно мала, чтобы не мешать другим сигналам.

Другие первичные организмы на землеподобной экзопланете, по всей вероятности, насаждения и водоросли. Поскольку это означает характерный цвет поверхности, как земли, так и воды, следует искать определенные цвета, сигнализирующие о жизни. Телескопы нового поколения должны регистрировать свет, отраженный экзопланетами, что позволит выявить их цвета. Например, в случае наблюдения Земли из космоса можно увидеть большую дозу облучения. ближнее инфракрасное излучениекоторый получен из хлорофилла в растительности. Такие сигналы, полученные в окрестностях звезды, окруженной экзопланетами, указывали бы на то, что «там» тоже может что-то расти. Зеленый предположил бы это еще сильнее. Планета, покрытая примитивными лишайниками, оказалась бы в тени желчь.

Ученые определяют состав атмосфер экзопланет на основе вышеупомянутого транзита. Этот метод позволяет изучать химический состав атмосферы планеты. Свет, проходящий через верхние слои атмосферы, меняет свой спектр — анализ этого явления дает информацию о присутствующих там элементах.

Исследователи из Университетского колледжа Лондона и Университета Нового Южного Уэльса опубликовали в 2014 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences описание нового, более точного метода анализа возникновения метан, простейший из органических газов, присутствие которого общепризнано как признак потенциальной жизни. К сожалению, современные модели, описывающие поведение метана, далеки от совершенства, поэтому количество метана в атмосфере далеких планет обычно недооценивается. С помощью самых современных суперкомпьютеров, предоставленных проектом DiRAC () и Кембриджским университетом, было смоделировано около 10 миллиардов спектральных линий, которые могут быть связаны с поглощением излучения молекулами метана при температурах до 1220°С. Список новых линий, около 2 раз обширнее предыдущих, он позволит лучше изучить содержание метана в очень широком диапазоне температур.

Метан сигнализирует о возможности жизни, а другой, гораздо более дорогой газ — кислород — оказывается вовсе не гарантия наличия жизни. Этот газ на Земле поступает в основном из фотосинтезирующих растений и водорослей. Кислород является одним из основных признаков жизни. Однако, по мнению ученых, трактовать присутствие кислорода как эквивалент присутствия живых организмов может быть ошибкой.

Недавние исследования выявили два случая, когда обнаружение кислорода в атмосфере далекой планеты может дать ложное указание на присутствие жизни. В обоих из них кислород вырабатывался в результате неабиотическая продукция. В одном из проанализированных нами сценариев ультрафиолетовый свет от звезды меньшего размера, чем Солнце, может повредить углекислый газ в атмосфере экзопланеты, высвобождая из нее молекулы кислорода. Компьютерное моделирование показало, что распад CO₂ дает не только О₂, но и большое количество угарного газа (СО). Если этот газ будет сильно обнаружен в дополнение к кислороду в атмосфере экзопланеты, это может указывать на ложную тревогу. Другой сценарий касается звезд малой массы. Свет, который они излучают, способствует образованию короткоживущих молекул O.₄. Их обнаружение рядом с O₂ это также должно зажечь сигнал тревоги для астрономов.

Ищем метан и другие следы

Основной способ транзита о самой планете мало что говорит. Его можно использовать для определения его размера и расстояния от звезды. Метод измерения радиальной скорости может помочь определить его массу. Сочетание двух методов позволяет рассчитать плотность. Но можно ли рассмотреть экзопланету более внимательно? Оказывается, это так. НАСА уже знает, как лучше рассмотреть такие планеты, как Kepler-7 b, для которых телескопы Kepler и Spitzer использовались для картирования облаков в атмосфере. Оказалось, что эта планета слишком горячая для форм жизни, какими мы ее знаем, с температурой от 816 до 982 °C. Однако сам факт столь подробного его описания — большой шаг вперед, учитывая, что речь идет о мире, удаленном от нас на сотню световых лет.

Пригодится и адаптивная оптика, применяемая в астрономии для устранения возмущений, вызванных вибрациями атмосферы. Его использование заключается в управлении телескопом с помощью ЭВМ во избежание локальной деформации зеркала (порядка нескольких микрометров), что исправляет ошибки в получаемом изображении. Да, это работает Сканер планеты Близнецы (GPI), расположенный в Чили. Инструмент был впервые запущен в ноябре 2013 года. GPI использует инфракрасные детекторы, которые достаточно эффективны для регистрации светового спектра таких темных и далеких объектов, как экзопланеты. Благодаря этому можно будет больше узнать об их составе. В качестве одной из первых целей наблюдения была выбрана планета. В этом случае GPI работает как солнечный коронограф, то есть он затемняет диск далекой звезды, чтобы показать яркость ближайшей планеты.

Ключом к наблюдению «следов жизни» является свет от звезды, вращающейся вокруг планеты. Экзопланеты, проходя через атмосферу, оставляют специфический след, который можно измерить с Земли спектроскопическими методами, т.е. анализом излучения, испускаемого, поглощаемого или рассеиваемого физическим объектом. Аналогичный подход можно использовать для изучения поверхностей экзопланет. Однако есть одно условие. Поверхности должны достаточно поглощать или рассеивать свет. Испаряющиеся планеты, то есть планеты, чьи внешние слои плавают, образуя большое пылевое облако, являются хорошими кандидатами.

Как оказалось, мы уже можем распознавать такие элементы, как облачность планеты. Существование плотной облачной завесы вокруг экзопланет GJ 436b и GJ 1214b было установлено на основании спектроскопического анализа света родительских звезд. Обе планеты относятся к категории так называемых суперземля. GJ 436b находится в 36 световых годах от Земли в созвездии Льва. GJ 1214b находится в созвездии Змееносца, в 40 световых годах от нас.

Европейское космическое агентство (ЕКА) в настоящее время работает над спутником, задача которого будет заключаться в точной характеристике и изучении структуры уже известных экзопланет (ЧЕОПС). Запуск этой миссии намечен на 2017 год. НАСА, в свою очередь, хочет отправить в космос уже упомянутый спутник TESS в том же году. В феврале 2014 года Европейское космическое агентство одобрило миссию ПЛАТОН, связанные с отправкой в ​​космос телескопа, предназначенного для поиска планет землеподобного типа. Согласно текущему плану, в 2024 году он должен начать поиск скалистых объектов с содержанием воды. Эти наблюдения также должны помочь в поиске экзолуны — почти так же, как использовались данные Кеплера.

Европейское ЕКА разработало программу несколько лет назад. Дарвин. У НАСА был аналогичный «планетарный краулер». ТПФ (). Целью обоих проектов было изучение планет с размерами, подобными Земле, на наличие газов в атмосфере, которые сигнализируют о благоприятных для жизни условиях. Оба включали в себя смелые идеи создания сети космических телескопов, сотрудничающих в поисках экзопланет, похожих на Землю. Десять лет назад технологии еще не были достаточно развиты, а программы закрыты, но не все пропало даром. Обогащенные опытом НАСА и ЕКА, они в настоящее время совместно работают над упомянутым выше космическим телескопом Уэбба. Благодаря его большому 6,5-метровому зеркалу можно будет изучать атмосферы больших планет. Это позволит астрономам обнаружить химические следы кислорода и метана. Это будут конкретные сведения об атмосферах экзопланет – следующий этап уточнения знаний об этих далеких мирах.

Различные команды работают в НАСА над разработкой новых исследовательских альтернатив в этой области. Одним из таких менее известных и все еще находящихся на ранней стадии проектов является . Речь пойдет о том, чтобы затенять свет звезды чем-то вроде зонтика, чтобы можно было наблюдать планеты на ее окраинах. Анализируя длины волн, можно будет определить компоненты их атмосфер. НАСА оценит проект в этом или следующем году и решит, стоит ли выполнять миссию. Если он начнется, то в 2022 г.

Цивилизации на периферии галактик?

Обнаружение следов жизни означает более скромные устремления, чем поиск целых внеземных цивилизаций. Многие исследователи, в том числе Стивен Хокинг, не советуют последнего — из-за потенциальных угроз человечеству. В серьезных кругах обычно не упоминают ни о каких инопланетных цивилизациях, космических братьях или разумных существах. Однако, если мы хотим искать продвинутых инопланетян, у некоторых исследователей также есть идеи, как увеличить шансы их найти.

Например. Астрофизик Розанна Ди Стефано из Гарвардского университета говорит, что развитые цивилизации живут в плотно упакованных шаровых скоплениях на окраинах Млечного Пути. Свою теорию исследователь представила на ежегодном собрании Американского астрономического общества в Киссимми, штат Флорида, в начале 2016 года. Ди Стефано обосновывает эту довольно спорную гипотезу тем, что на краю нашей галактики находится около 150 старых и стабильных сферических скоплений, которые обеспечивают хорошую почву для развития любой цивилизации. Близко расположенные звезды могут означать множество близко расположенных планетных систем. Так много звезд, сгруппированных в шары, — хорошая почва для успешных прыжков из одного места в другое, сохраняя развитое общество. По словам Ди Стефано, близость звезд в скоплениях может быть полезной для поддержания жизни.