Телескопы нового поколения позволят обнаружить кислород в атмосфере далекого мира. Вопрос в том, насколько его там много, а это определить крайне трудно.
Между тем именно на основе концентрации кислорода можно строить предположения о его возможном биологическом происхождении. Исследователи предложили интересный метод определения количества этого газа, который можно будет применять при анализе снимков от будущих космических обсерваторий.
Кислород в атмосфере — далеко не единственный признак возможной жизни на планете. В конце концов, на Земле в первые два миллиарда лет ее истории этого газа в атмосфере не было или почти не было, что абсолютно не мешало анаэробным микроорганизмам, которые обитают на нашей планете по сей день.
Тем не менее кислородный фотосинтез — действительно выгодный способ жизнедеятельности клеток, а сам продукт этой жизнедеятельности оказался настолько эффективным для получения энергии, что на Земле переход на потребление кислорода помог развитию сложной жизни. Поэтому астробиологи считают, что жизнь и на другой планете может избрать такой же способ существования. Соответственно, обнаружение заметной доли кислорода в атмосфере землеподобного мира неизбежно потребует дальнейшего расследования на предмет наличия там жизни.
Однако в этом деле обязательно возникнет большая сложность: кислород в воздухе может накапливаться не только в результате фотосинтеза, но и, например, при расщеплении молекул воды под действием излучения звезды — фотолизe. Подобным образом — без всяких биологических процессов — может образоваться огромное количество кислорода, и он тогда станет основным содержимым атмосферы. Другое дело, если этот газ составляет лишь около 20 процентов всего, как на Земле, тогда это действительно будет интригующее открытие.
Трудность в том, что при наличии заметного количества кислорода в атмосфере спектр света от планеты будет выглядеть практически одинаково вне зависимости от его доли. Именно этой проблеме нашли решение авторы научной статьи, недавно опубликованной на сервере препринтов arXiv.org, — специалисты Лаборатории реактивного движения NASA и Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Они рассказали, что молекулы кислорода при столкновениях друг с другом немного по-другому поглощают свет. Это длится лишь мгновение, но такие столкновения в воздухе происходят постоянно, и чем выше концентрация кислорода, тем больше таких событий. Главное — это можно увидеть при разложении света от планеты на спектр: будут прослеживаться особые, хорошо заметные «провалы».
Значит, если такие особенности сильно выражены и отчетливы, то кислород в атмосфере составляет больше половины всего содержимого, и это означает серьезные сомнения в его биологическом происхождении. Если же эти «провалы» есть, но слабые, это очень похоже на количество кислорода в земном воздухе. В таком случае планета становится интересной с точки зрения поисков внеземной жизни.
Ученые подчеркнули, что предложенный ими метод пока применить невозможно — надо дождаться следующего этапа развития астрономической техники. На сегодня еще не обнаружено ни одной землеподобной планеты с кислородом в атмосфере. У миров с твердой поверхностью вообще пока чрезвычайно сложно найти какую-либо атмосферу: недавно появился интересный кандидат — суперземля LHS 1140 b в 48 световых годах от нас, но полученные о ней данные оспариваются.
Астрономы очень надеются на разрабатываемую сейчас Обсерваторию обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory, HWO). Ее рассчитывают запустить в космос в 2040-х годах. Новейший телескоп будет закрывать звезду коронографом и улавливать свет, отражаемый от поверхности и атмосферы ее планеты.
Сейчас миры в других звездных системах в большинстве случаев наблюдают транзитным методом — во время прохождения по диску своего светила. Это позволяет собрать много важной информации, но немало данных оказываются нечеткими. HWO позволит получить гораздо более качественный спектр.
Автор: Адель Романенкова