Джеймс Уэбб может обнаружить доказательства внеземной жизни, обнаружив загрязнение окружающей среды
Успешно запущенный 25 декабря телескоп Джеймса Уэбба благополучно прибыл в пункт назначения — точку Лагранжа L2 — и в настоящее время находится в процессе тщательного выравнивания восемнадцати шестиугольников, составляющих его главное зеркало. Через несколько месяцев он будет готов заглянуть во Вселенную и, возможно, обнаружить другие цивилизации (хотя это не является его основной миссией). Как он будет это делать? Анализируя атмосферы далеких планет, которые, вероятно, содержат химические виды, указывающие на присутствие внеземных технологий.
Ученые просто полагаются на то, что можно наблюдать на нашей собственной планете: присутствие хлорфторуглеродов (ХФУ) в атмосфере Земли является прямым результатом технологий (охлаждение, промышленная очистка, изоляционные пены и т. д.).
Сейчас они запрещены в большинстве стран, поскольку разрушают озоновый слой, но некоторые из этих промышленных загрязнителей, тем не менее, сохраняются в высоких концентрациях из-за их долгой жизни в стратосфере. Поэтому астрономы предполагают, что обнаружение фреонов в атмосфере экзопланет будет весомым доказательством существования другой технологически развитой цивилизации.
Поэтому группа исследователей задалась целью определить, сможет ли телескоп Джеймса Уэбба обнаружить такую спектральную сигнатуру на расстоянии. Они использовали климатическую модель и генератор синтетического спектра для оценки возможности обнаружения CFC-11 (трихлорфторметан) и CFC-12 (дихлордифторметан) в качестве техносигнатур на экзопланетах. По их мнению, телескоп действительно может обнаружить эти сигналы, при условии, что рассматриваемая планета не слишком яркая — в этом случае она будет маскировать присутствие этих элементов.
Моделирование, проведенное с экзопланетой, подобной Земле
В своем исследовании, размещенном на сервере препринтов arXiv, ученые рассмотрели, в частности, случай TRAPPIST-1 e, теллурической экзопланеты, расположенной в пригодной для жизни зоне системы TRAPPIST-1 на расстоянии 40 световых лет от нас и оказавшейся относительно похожей на Землю. Эта экзопланета — прекрасный пример потенциально пригодной для жизни планеты, синхронно вращающейся вокруг звезды М-типа.
Звезды М-типа, большинство из которых являются красными карликами, тусклые. Это самые холодные и распространенные звезды в нашей галактике, их температура колеблется от 2500 К до 3500 К. Последние исследования показывают, что планеты, вращающиеся вокруг этих звезд, вряд ли пригодны для жизни. Это происходит потому, что они настолько близки к своей звезде, что вращаются синхронно — другими словами, одно и то же лицо планеты всегда обращено к звезде, так же как Луна обращена к Земле. В результате эти планеты имеют большую разницу температур между темной и светлой сторонами. Кроме того, красные карлики могут испускать огромные вспышки, потенциально способные разрушить атмосферу ближайших планет. Однако эта активность снижается по мере старения звезды, поэтому обитаемость планет не является полностью невозможной.
Используя разработанную НАСА модель ROCKE-3D (Resolving Orbital and Climate Keys of Earth and Extraterrestrial Environments with Dynamics), исследователи провели имитационное моделирование, в котором содержание ХФУ в атмосфере TRAPPIST-1 e варьировалось от одного до пяти раз от современного земного уровня. Джеймс Уэбб несет набор из четырех инструментов, включая Mid-InfraRed Instrument (MIRI), который состоит из камеры и спектрометра, ведущего наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны от 5 до 28 микрометров). Именно здесь все и завязано.
Обнаружение возможно при определенных условиях
Предполагая минимальный уровень фона, исследователи обнаружили, что спектральные особенности, потенциально связанные с присутствием ХФУ на уровне Земли (в настоящее время или в прошлом), могут быть обнаружены с отношением сигнал/шум порядка 3-5 на TRAPPIST-1 e в течение 100-300 часов наблюдения. Напротив, при менее оптимистичном фоновом уровне даже концентрация ХФУ, в пять раз превышающая земную, не будет обнаруживаться, независимо от времени наблюдения, отмечают исследователи.
Для подтверждения отсутствия или наличия жизни на экзопланетах ученые обычно ищут возможные биосигнатуры: обнаружение фосфина в атмосфере Венеры в 2020 году вызвало переполох, поскольку на Земле эта молекула производится только бактериями или в промышленных процессах — в итоге выяснилось, что заявленные количества были сильно завышены из-за ошибки в калибровке инструментов наблюдения; также было высказано предположение, что следы соединений фосфора — это просто результат активного вулканизма.
В любом случае с точки зрения ученых, было бы интересно включить обнаружение ХФУ в исследование. Более того, такие наблюдения могут проводиться одновременно и без дополнительных затрат с поиском других биосигнатур, отмечают авторы исследования. Они также отмечают, что время, необходимое для обнаружения определенных наземных газообразных биосигнатур (около 600 часов), больше, чем время наблюдения, необходимое для обнаружения текущей численности ХФУ на Земле (по оценкам, около 300 часов).