Шукаємо, слухаємо та нюхаємо

«Протягом десятиліття ми знайдемо переконливі докази життя за межами Землі», — сказала Еллен Стофан, науковий керівник агентства, на конференції НАСА з житла у космосі у квітні 2015 року. Вона додала, що незаперечні та визначальні факти щодо існування позаземного життя будуть зібрані протягом 20-30 років.

"Ми знаємо, де шукати і як шукати", - заявив Стофан. "А оскільки ми на правильному шляху, то немає причин сумніватися, що ми знайдемо те, що шукаємо". Що саме йшлося під небесним тілом, представники агентства не уточнили. Їхні заяви показують, що це може бути, наприклад, Марс, інший об'єкт Сонячної системи або якась екзопланета, хоча в останньому випадку важко припустити, що переконливі докази будуть отримані лише за одне покоління. Безперечно відкриття останніх років і місяців говорять про одне: вода — причому в рідкому стані, що вважається необхідною умовою утворення та підтримки живих організмів, — у Сонячній системі є надлишок.

"До 2040 року ми виявимо позаземне життя", - вторить НАСА у своїх численних заявах для ЗМІ Сет Шостак з Інституту SETI. Проте про контакт із чужою цивілізацією не йдеться — останніми роками нас захопили нові відкриття саме передумов існування життя, таких як ресурси рідкої води в тілах Сонячної системи, сліди водойм та водотоків. на Марсі чи наявність землеподібних планет у зонах життя зірок. Так ми чуємо про умови, що сприяють життю, і про сліди, найчастіше хімічні. Різниця між сьогоденням і тим, що сталося кілька десятиліть тому, полягає в тому, що тепер сліди, ознаки та умови життя не є винятковими майже в будь-якому місці, навіть на Венері чи надрах далеких супутників Сатурна.

Кількість інструментів та методів, які використовуються для виявлення таких певних підказок, зростає. Ми вдосконалюємо методи спостереження, прослуховування та виявлення у різних діапазонах хвиль. Останнім часом багато говорять про пошук хімічних слідів, сигнатур життя навіть довкола дуже далеких зірок. Це наше “нюхання”.

Відмінний китайський балдахін

Наші інструменти більші та більш чутливі. У вересні 2016 року гігантський було введено в експлуатацію. Китайський радіотелескоп FASTчиїм завданням буде пошук ознак життя інших планетах. Вчені всього світу покладають з його діяльність великі надії. "Він зможе вести спостереження швидше і далі, ніж будь-коли раніше в історії позаземних досліджень", - сказав Дуглас Вакоч, голова ЦІНИ Інтернешнл, організація, що займається пошуком інопланетних форм розуму Поле зору FAST буде вдвічі більше, ніж телескоп Аресібо Пуерто-Ріко, який був на передньому краї протягом останніх 53 років.

Навіс FAST (сферичний телескоп із п'ятисотметровою апертурою) має діаметр 500 м. Він складається з 4450 трикутних панелей із алюмінію. Він займає площу, порівнянну із тридцятьма футбольними полями. Для роботи йому потрібна повна тиша в радіусі 5 км. тому було переселено майже 10 XNUMX людей з околиць. люди. Радіотелескоп розташований у природному басейні серед красивих краєвидів зелених карстових утворень у південній провінції Гуйчжоу.

Однак, перш ніж FAST розпочне належний моніторинг у пошуках позаземних цивілізацій, його необхідно спочатку правильно відкалібрувати. Тому перші два роки його роботи будуть присвячені в основному попереднім дослідженням та регулюванню.

Мільйонер та фізик

Одним із найвідоміших останніх проектів з пошуку розумного життя в космосі є проект британських та американських учених, підтриманий російським мільярдером Юрієм Мільнером. Бізнесмен і фізик витратив 100 мільйонів доларів на дослідження, які, як очікується, триватимуть щонайменше десять років. "За один день ми зберемо стільки ж даних, скільки інші подібні програми збирали за рік", - заявляє Мілнер. Фізик Стівен Хокінг, який бере участь у проекті, каже, що пошуки мають сенс зараз, коли відкрито так багато позасонячних планет. "У космосі так багато світів та органічних молекул, що здається, що там може існувати життя", - прокоментував він. Проект назвуть найбільшим на сьогодні науковим дослідженням щодо пошуку ознак розумного життя за межами Землі. Під керівництвом групи вчених з Каліфорнійського університету в Берклі він матиме широкий доступ до двох найпотужніших телескопів у світі: Зелений банк у Західній Вірджинії та Телескоп Паркс Новий Південний Уельс, Австралія.

Ми можемо дізнатися про розвинену цивілізацію здалеку за:

• наявність газів, особливо забруднювачів повітря, хлорфторвуглеців, вуглекислого газу, метану, аміаку;
• вогні та відображення світла від об'єктів, побудованих цивілізацією;
• тепловиділення;
• інтенсивні радіаційні викиди;
• таємничі об'єкти - наприклад, великі станції і кораблі, що рухаються;
• існування структур, освіту яких не можна пояснити посиланням на природні причини.

Мільнер представив ще одну ініціативу. Він пообіцяв виплатити 1 мільйон доларів. нагороди тому, хто створить спеціальне цифрове повідомлення для відправлення в космос, яке найкраще представляє людство та Землю. І на цьому ідеї дуету Мілнер-Хокінг не закінчуються. Нещодавно ЗМІ повідомили про проект, який передбачає відправлення керованого лазером нанозонду до зіркової системи, що досягає швидкості... однієї п'ятої швидкості світла!

Космічна хімія

Ніщо так не втішає тих, хто шукає життя у відкритому космосі як відкриття добре відомих «знайомих» хімічних речовин у віддалених районах космосу. Навіть якщо хмари водяної пари "Висить" у відкритому космосі. Кілька років тому така хмара була виявлена ​​навколо квазару PG 0052+251. Згідно з сучасними знаннями, це найбільший із усіх відомих резервуарів води в космосі. Точні розрахунки показують, що якби вся ця водяна пара сконденсувалася, її було б у 140 трильйонів разів більше, ніж води у всіх океанах Землі. Маса виявленого серед зірок "резервуару з водою" становить 100 XNUMX. разів більша за масу Сонця. Те, що є вода, не означає, що там є життя. Щоб він процвітав, необхідно виконати безліч різних умов.

Про астрономічні «знахідки» органічних речовин у віддалених куточках космосу останнім часом ми чуємо досить часто. У 2012 році, наприклад, вчені виявили на відстані близько XNUMX світлових років від нас гідроксиламінякий складається з атомів азоту, кисню та водню та у поєднанні з іншими молекулами теоретично здатний формувати структури життя на інших планетах.

Органічні з'єднання у протопланетному диску, що обертається навколо зірки MWC 480.

Метилціанід (SN₃CN) я ціаноацетилен (HC₃N), що знаходилися в протопланетному диску, що обертається навколо зірки MWC 480, виявленому в 2015 році дослідниками з Американського Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (CfA), — ще один ключ до того, що в космосі може бути хімія з шансом на біохімію. Чому ці стосунки є таким важливим відкриттям? Вони були в нашій Сонячній системі в той час, коли на Землі формувалося життя, і без них наш світ, мабуть, не виглядав би так, як сьогодні. Сама зірка MWC 480 вдвічі важча за нашу зірку і знаходиться приблизно в 455 світлових роках від Сонця, що трохи в порівнянні зі знайденими в космосі відстанями.

Нещодавно, у червні 2016 р., дослідники з групи, до якої входять, зокрема, Бретт Макгуайр з обсерваторії NRAO та професор Брендон Керролл із Каліфорнійського технологічного інституту помітили сліди складних органічних молекул, що належать до так званих хіральні молекули. Хіральність проявляється в тому, що вихідна молекула та її дзеркальне відображення не тотожні і, як і всі інші хіральні об'єкти, не можуть бути суміщені шляхом перенесення та обертання у просторі. Хіральність й у багатьох природних сполук — цукрів, білків тощо. буд. Поки ми бачили жодного їх, крім Землі.

Ці відкриття не означають, що життя виникає у космосі. Проте вони припускають, що принаймні частина часток, необхідних для її народження, може утворитися там, а потім вирушити до планет разом із метеоритами та іншими об'єктами.

Кольори життя

заслужений Космічний телескоп Кеплер сприяв відкриття понад сотні планет земного типу та налічує тисячі кандидатів у екзопланети. З 2017 року НАСА планує використати ще один космічний телескоп, наступник Кеплера. Транзитний супутник для дослідження екзопланет, TESS. Його завданням буде пошук позасонячних планет транзитом (тобто проходженням через батьківські зірки). Відправивши його на високу еліптичну орбіту навколо Землі, ви зможете просканувати все небо у пошуках планет, що обертаються навколо яскравих зірок у безпосередній близькості від нас. Місія, ймовірно, триватиме два роки, протягом яких буде досліджено близько півмільйона зірок. Завдяки цьому вчені розраховують відкрити кількасот планет, подібних до Землі. Подальші нові інструменти, наприклад, наприклад. Космічний телескоп Джеймса Вебба (Космічний телескоп Джеймса Уебба) повинні стежити за вже зробленими відкриттями і заглиблюватися в них, досліджувати атмосферу та шукати хімічні підказки, які згодом можуть призвести до виявлення життя.

Проект Transiting Exoplanet Survey Satellite – візуалізація

Однак, наскільки нам приблизно відомо, що являють собою так звані біоознаки життя (наприклад, наявність кисню і метану в атмосферах), невідомо, які з цих хімічних сигналів з десятки та сотні світлових років остаточно вирішують справу. Вчені сходяться на думці, що наявність кисню та метану одночасно є сильною передумовою для життя, оскільки не існує відомих неживих процесів, які б виробляли обидва гази одночасно. Однак, як з'ясовується, такі сигнатури можуть бути зруйновані екзосупутниками, які, можливо, обертаються навколо екзопланет (як вони це роблять навколо більшості планет Сонячної системи). Бо якщо в атмосфері Місяця міститься метан, а в планетах кисень, то наші прилади (на сучасному етапі їх розвитку) можуть поєднати їх в одну киснево-метанову сигнатуру, не помічаючи екзолуни.

Може, треба дивитися не за хімічними слідами, а за кольором? Багато астробіологів вважають, що галобактерії були одними з перших мешканців нашої планети. Ці мікроби поглинали зелений спектр випромінювання та перетворювали його в енергію. З іншого боку, вони відбивали фіолетове випромінювання, завдяки чому наша планета, при погляді з космосу, мала саме такий колір.

Щоб поглинути зелене світло, галобактерії використовували ретинальний, тобто зоровий пурпур, який можна знайти в очах хребетних. Однак згодом на нашій планеті стали домінувати бактерії-експлуататори. хлорофілякий поглинає фіолетове світло та відображає зелене світло. Ось чому земля виглядає так, як має вигляд. Астрологи припускають, що в інших планетних системах галобактерії можуть продовжувати зростати, тому вони припускають пошук життя на фіолетових планетах.

Об'єкти такого кольору, найімовірніше, зможе побачити згаданий телескоп Джеймса Вебба, запуск якого заплановано на 2018 рік. Такі об'єкти, втім, можна буде спостерігати за умови, що вони знаходяться не надто далеко від Сонячної системи, і центральна зірка планетарної системи досить мала, щоб не заважати іншим сигналам.

Інші первинні організми на землеподібній екзопланеті, ймовірно, насадження та водорості. Оскільки це означає характерний колір поверхні як землі, так і води, слід шукати певні кольори, що сигналізують про життя. Телескопи нового покоління повинні реєструвати світло, відображене екзопланетами, що дозволить виявити їх кольори. Наприклад, у разі спостереження Землі з космосу можна побачити більшу дозу опромінення. ближнє інфрачервоне випромінюванняякий отриманий з хлорофілу у рослинності. Такі сигнали, отримані на околицях зірки, оточеної екзопланетами, вказували б на те, що «там» теж може щось зростати. Зелений припустив би це ще сильніше. Планета, вкрита примітивними лишайниками, опинилася б у тіні жовч.

Вчені визначають склад атмосфер екзопланет на основі вищезгаданого транзиту. Цей метод дає змогу вивчати хімічний склад атмосфери планети. Світло, що проходить через верхні шари атмосфери, змінює свій спектр - аналіз цього явища дає інформацію про присутні там елементи.

Дослідники з Університетського коледжу Лондона та Університету Нового Південного Уельсу опублікували в 2014 році в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences опис нового, більш точного методу аналізу виникнення метан, Найпростіший з органічних газів, присутність якого загальновизнана як ознака потенційного життя. На жаль, сучасні моделі, що описують поведінку метану, далекі від досконалості, тому кількість метану у атмосфері далеких планет зазвичай недооцінюється. За допомогою найсучасніших суперкомп'ютерів, наданих проектом DiRAC() та Кембриджським університетом, було змодельовано близько 10 мільярдів спектральних ліній, які можуть бути пов'язані з поглинанням випромінювання молекулами метану за температур до 1220°С. Список нових ліній, близько 2 разів ширший за попередні, він дозволить краще вивчити вміст метану в дуже широкому діапазоні температур.

Метан сигналізує про можливість життя, а інший, набагато дорожчий газ – кисень - Виявляється зовсім не гарантія наявності життя. Цей газ на Землі надходить в основному з фотосинтезуючих рослин та водоростей. Кисень одна із основних ознак життя. Проте, на думку вчених, трактувати присутність кисню як еквівалент присутності живих організмів може бути помилкою.

Недавні дослідження виявили два випадки, коли виявлення кисню в атмосфері далекої планети може дати неправдиву вказівку на присутність життя. В обох із них кисень вироблявся в результаті неабіотична продукція. В одному з проаналізованих нами сценаріїв ультрафіолетове світло від зірки меншого розміру, ніж Сонце, може зашкодити вуглекислому газу в атмосфері екзопланети, вивільняючи з неї молекули кисню. Комп'ютерне моделювання показало, що розпад CO₂ дає не тільки Про₂, а й велика кількість чадного газу (СО). Якщо цей газ буде сильно виявлений на додаток до кисню в атмосфері екзопланети, це може свідчити про помилкову тривогу. Інший сценарій стосується зірок малої ваги. Світло, яке вони випромінюють, сприяє утворенню короткоживучих молекул O.₄. Їх виявлення поруч із O₂ це також має запалити сигнал тривоги для астрономів.

Шукаємо метан та інші сліди

Основний спосіб транзиту про саму планету мало що каже. Його можна використовувати для визначення його розміру та відстані від зірки. Метод виміру радіальної швидкості може допомогти визначити його масу. Поєднання двох методів дозволяє розрахувати густину. Але чи можна розглянути екзопланету уважніше? Виявляється, це так. НАСА вже знає, як краще розглянути такі планети як Kepler-7 b, для яких телескопи Kepler і Spitzer використовувалися для картування хмар в атмосфері. Виявилося, що ця планета дуже гаряча для форм життя, якими ми її знаємо, із температурою від 816 до 982 °C. Проте сам факт такого докладного його опису — великий крок уперед, враховуючи, що йдеться про світ, віддалений від нас на сотню світлових років.

Стане в нагоді і адаптивна оптика, що застосовується в астрономії для усунення збурень, викликаних вібраціями атмосфери. Його використання полягає в управлінні телескопом за допомогою ЕОМ, щоб уникнути локальної деформації дзеркала (порядку декількох мікрометрів), що виправляє помилки в зображенні. Так, це працює Сканер планети Близнюки (GPI), розташований у Чилі. Інструмент було вперше запущено у листопаді 2013 року. GPI використовує інфрачервоні детектори, які є досить ефективними для реєстрації світлового спектру таких темних та далеких об'єктів, як екзопланети. Завдяки цьому можна буде більше дізнатися про їхній склад. Як одну з перших цілей спостереження було обрано планету. У цьому випадку GPI працює як сонячний коронограф, тобто він затемнює диск далекої зірки, щоб показати яскравість найближчої планети.

Ключем до спостереження "слідів життя" є світло від зірки, що обертається навколо планети. Екзопланети, проходячи через атмосферу, залишають специфічний слід, який можна виміряти із Землі спектроскопічними методами, тобто. аналізом випромінювання, що випромінюється, поглинається або розсіюється фізичним об'єктом. Аналогічний підхід можна використовувати вивчення поверхонь екзопланет. Проте є одна умова. Поверхні мають достатньо поглинати чи розсіювати світло. Плани, що випаровуються, тобто планети, чиї зовнішні шари плавають, утворюючи велику пилову хмару, є хорошими кандидатами.

Як виявилося, ми можемо розпізнавати такі елементи, як хмарність планети. Існування щільної хмарної завіси навколо екзопланет GJ 436b та GJ 1214b було встановлено на підставі спектроскопічного аналізу світла батьківських зірок. Обидві планети відносяться до категорії так званих суперземлів. GJ 436b знаходиться в 36 світлових роках від Землі у сузір'ї Лева. GJ 1214b знаходиться в сузір'ї Змієносця, за 40 світлових років від нас.

Європейське космічне агентство (ЕКА) в даний час працює над супутником, завдання якого полягатиме в точній характеристиці та вивченні структури вже відомих екзопланет (ХЕОПС). Запуск цієї місії намічено на 2017 рік. НАСА, своєю чергою, хоче відправити в космос вже згаданий супутник TESS того ж року. У лютому 2014 року Європейське космічне агентство схвалило місію ПЛАТОН, пов'язані з відправкою в космос телескопа, призначеного для пошуку планет землеподібного типу. Згідно з поточним планом, у 2024 році він має розпочати пошук скелястих об'єктів із вмістом води. Ці спостереження також мають допомогти у пошуку екзолуни – майже так, як використовувалися дані Кеплера.

Європейське ЄКА розробило програму кілька років тому. Дарвін. НАСА мав аналогічний «планетарний краулер». TPF (). Метою обох проектів було вивчення планет з розмірами, подібними до Землі, на наявність газів в атмосфері, які сигналізують про сприятливі для життя умови. Обидва включали сміливі ідеї створення мережі космічних телескопів, що співпрацюють у пошуках екзопланет, схожих на Землю. Десять років тому технології ще не були достатньо розвинені, а програми закриті, але не все зникло задарма. Збагачені досвідом НАСА та ЕКА, вони зараз спільно працюють над згаданим вище космічним телескопом Уебба. Завдяки його великому 6,5-метровому дзеркалу можна буде вивчати атмосферу великих планет. Це дозволить астрономам виявити хімічні сліди кисню та метану. Це будуть конкретні відомості про атмосфери екзопланет – наступний етап уточнення знань про ці далекі світи.

Різні команди працюють у НАСА над розробкою нових дослідницьких альтернатив у цій галузі. Одним з таких менш відомих і все ще проектів, що перебувають на ранній стадії, є . Йтиметься про те, щоб затінювати світло зірки чимось на зразок парасольки, щоб можна було спостерігати планети на її околицях. Аналізуючи довжини хвиль, можна визначити компоненти їх атмосфер. НАСА оцінить проект цього чи наступного року і вирішить, чи варто виконувати місію. Якщо він розпочнеться, то у 2022 р.

Цивілізації на периферії галактик?

Виявлення слідів життя означає скромніші устремління, ніж пошук цілих позаземних цивілізацій. Багато дослідників, зокрема Стівен Хокінг, не радять останнього — через потенційні загрози людству. У серйозних колах зазвичай не згадують про жодні інопланетні цивілізації, космічні брати або розумні істоти. Однак, якщо ми хочемо шукати просунутих інопланетян, деякі дослідники також мають ідеї, як збільшити шанси їх знайти.

Наприклад. Астрофізик Розанна Ді Стефано з Гарвардського університету каже, що розвинені цивілізації живуть у щільно упакованих кульових скупченнях на околицях Чумацького Шляху. Свою теорію дослідник представила на щорічних зборах Американського астрономічного товариства в Кіссіммі, штат Флорида, на початку 2016 року. Ді Стефано обґрунтовує цю досить спірну гіпотезу тим, що на краю нашої галактики знаходиться близько 150 старих та стабільних сферичних скупчень, які забезпечують добрий ґрунт для розвитку будь-якої цивілізації. Близько розташовані зірки можуть означати безліч близько розташованих планетних систем. Так багато зірок, згрупованих у кулі, — добрий ґрунт для успішних стрибків із одного місця в інше, зберігаючи розвинене суспільство. За словами Ді Стефано, близькість зірок у скупченнях може бути корисною для підтримання життя.