Вчені вигадали, як шукати інопланетні моря

У новому дослідженні міжнародна група вчених показала, що нестача вуглецю в атмосфері екзопланети в порівнянні з іншими тілами в системі можна вважати очевидною ознакою наявності рідкої води на поверхні. Головне, що такий спосіб пошуку заселених світів можна використати вже сьогодні.

На сьогодні відомо понад 5,2 тисячі екзопланет та близько 10 тисяч кандидатів. Запуск космічного телескопа «Джеймс Вебб» та будівництво обсерваторії ELT спровокували якісний перехід у сфері вивчення цих інших світів: від простого пошуку до дослідження характеристик екзопланет.

Тепер, провівши спостереження за тим, як екзопланета пролітає перед зіркою (так званим транзитом), астрономи можуть робити висновки про перепад температури, тиск і склад її атмосфери, якщо така є. За достатньої точності спостережень можна розпізнати ізотопи елементів, виміряти швидкість вітру та вивчити розріджену екзосферу.

Поки що ці методи застосовуються в основному до газових гігантів, що літають близько від своєї зірки. Але за допомогою теоретичних розрахунків та моделювання вчені шукають способи використовувати їх для дослідження екзопланетів земного типу.

Згідно з результатами таких робіт, всього за десять транзитів Джеймс Вебб може вивчити вуглекислий газ і воду в атмосферах найближчих планет земного типу з помірними умовами на поверхні. Наприклад, у планет у системі TRAPPIST-1.

А ось для того, щоб виявити кисень O2, визнану біосигнатуру, що вказує на існування життя, «Джеймсу Веббу» потрібно понад тисячу транзитів. По суті він повинен буде витратити на цей об’єкт весь час своєї роботи.

Інша складна проблема — наявність великої кількості рідкої води на поверхні екзопланети. У межах Сонячної системи вчені шукають її по відблиску на поверхні, відбитому сонячному світлу. Зокрема так підтвердили наявність рідини на поверхні Титана, найбільшого супутника Сатурна. Звичайно, потужності наших телескопів не вистачить на такі спостереження в інших системах. Але саме пошук життя на найближчих тілах навів авторів нового дослідження на думку про вуглекислий газ.

Венера, Земля і Марс багато в чому схожі один на одного за складом та розташуванням щодо Сонця. Але тільки на Землі є рідка вода, і тільки у Землі в атмосфері помітно менше вуглекислого газу — 0,04% проти 95% у Венери і Марса. Причому знижений вміст вуглекислого газу є не сучасною особливістю нашої планети. Чотири мільярди років тому (вік Землі – близько 4,5 мільярда років) рівень CO2 в атмосфері становив близько 10%, а 2,5 мільярда років тому – 2,5%.

«Ми припускаємо, що ці планети формувалися схожим чином, і якщо ми бачимо, що сьогодні в однієї з планет значно менше вуглецю, значить, він подівся кудись. Єдиний процес, здатний забрати стільки вуглецю з атмосфери, це сильний кругообіг води, в якому мають брати участь цілі океани рідкої води», — пояснив професор Амаурі Тріауд (Amaury Triaud) з Бірмінгемського університету (Великобританія), один із авторів роботи.

Тому міжнародна група вчених з Массачусетського технологічного інституту (США), Бірмінгемського університету (Великобританія) та інших інститутів у Франції та США вивчила потенціал використання нестачі CO2 як сигнатуру проживання екзопланети. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Astronomy і вони виявилися багатообіцяючими.

Головний «вимивач» вуглекислого газу з атмосфери — рідка вода, в якій розчиняється вуглекислий газ. А карбонати, що утворилися на його основі, потім виявляються «замкненими» в корі та мантії планети. Тому вуглець не повертається в атмосферу у кількостях, достатніх для атмосфери венеріанського чи марсіанського типів.

Щодо життя, два основні біологічні шляхи «поглинання» вуглецю з атмосфери Землі — фотосинтез і виробництво раковин. У кругообігу вуглецю на нашій планеті біологія бере участь приблизно на 20%, тому для підтвердження її впливу потрібні інші сигнатури, наприклад, наявність озону.

Спираючись на аналіз, автори вивели стратегію пошуку заселених світів. За їх розрахунками, знадобляться дані спостережень десяти транзитів, щоб знайти атмосфери у екзопланет у відповідних системах. Сорока транзитів, щоб оцінити нестачу вуглекислого газу в будь-якої планети. І ста транзитів, щоб оцінити кількість озону, метану та чадного газу. За цими даними можна буде визначити причину нестачі вуглецю — наявність життя, рідкої води або й того, й іншого.

Як стверджують автори роботи, вже сьогодні космічний телескоп «Джеймс Вебб» може розпочати пошук нестачі вуглекислого газу на планетах земного типу у пізніх червоних карликів.

«Лише TRAPPIST-1 та ще кілька систем підходять для дослідження атмосфер планет земного типу за допомогою „Джеймса Вебба“. І тепер у нас є план пошуку там заселених світів. Якщо ми працюватимемо разом, ми зможемо протягом кількох років досягти проривних відкриттів», — зазначив один з авторів роботи Джулієн де Віт (Julien de Wit), доцент Массачусетського технологічного інституту (США).