Это действительно чужая жизнь? Ученые беспокоятся о ложноположительных признаках

Планеты обитаемой зоны, похожие на Землю

Художественная концепция планетарного ряда, включающая пять экзопланет, которые могут быть похожи на Землю: (слева направо) Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-452b, Kepler-62f и Kepler-186f, с Землей крайним справа. С помощью более совершенных телескопов ученые смогут найти признаки жизни на подобных экзопланетах. (Изображение предоставлено NASA / Ames / JPL-Caltech)

Поиски жизни где-нибудь во Вселенной находятся на пороге новой эры: когда у ученых будет возможность изучать атмосферы потенциально обитаемых планет с помощью будущих, технологически продвинутых телескопов. У людей нет обозримого способа отправиться в эти миры, чтобы изучить их поближе, но химические смеси, которые их окружают, могут выявить присутствие жизни.



Не существует единого «дымящегося пистолета» на всю жизнь; никакой атмосферной смеси, которая могла бы окончательно заявить: «Здесь что-то живет!» (По крайней мере, об этом не известно ученым). А поиск жизни издалека несет в себе тяжелое бремя доказательств: любой сигнал, похожий на жизнь, на самом деле может быть создан каким-то умным небиологическим процессом, о котором ученые еще не думали.

Таким образом, помимо создания идей о том, как может выглядеть жизнь на чужих планетах, ученые также должны придумать способы, которыми неживые процессы могут создавать те же самые сигнатуры. Ученые сейчас упорно работают, чтобы придумать новые примеры этих «ложных срабатываний», чтобы избежать ошибки, когда данные начинают появляться. Потому что, возможно, единственное, что хуже, чем не найти жизнь где-либо еще во Вселенной, - это думать, что мы ее нашли, а потом ее забрали. [Признаки инопланетной жизни будут обнаружены к 2025 году, главный научный сотрудник НАСА]

Кислород и жизнь

Ученые постоянно ищут потенциально обитаемые миры. В идеале они хотели бы найти планеты, которые очень похожи на Землю: скалистые, примерно такого же размера, вращающиеся вокруг звезды, похожей на нашу, и с температурой поверхности, не слишком горячей или слишком холодной для жидкой воды. (Пока что ни одна планета не подходит под этот счет, хотя есть один сильный кандидат). Но если бы ученые затем получили проблеск атмосферы такой планеты или даже нечеткий взгляд на ее поверхность, как бы эти ученые определили, является ли эта планета обитаемой или обитаемой?

Исполнитель

Художественная концепция Kepler-452b, недавно открытой экзопланеты, которая может быть очень похожа на Землю. По мере того, как ученые собирают больше информации об экзопланетах, они должны знать, как интерпретировать свои открытия.(Изображение предоставлено: NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle)

Это вопрос, который движет работой Виртуальной планетарной лаборатории (VPL), многопрофильного исследовательского коллектива, состоящего из 50 исследователей из 20 различных учреждений. Виктория Медоуз, профессор астрономии Вашингтонского университета, является главным исследователем VPL.

«Как много мы действительно знаем о планетарных процессах и можем ли мы отличить их от биологических процессов в планетарном масштабе?» Медоуз сказал demokratija.eu. «Это вызов. Это одна из самых больших проблем, стоящих перед человечеством. Одно дело - иметь возможность снимать мерки, а другое - понимать, что вам говорят.

«Я думаю, что это философия VPL: мы должны заранее провести научные исследования и попытаться выяснить как можно лучше, какие признаки мы должны искать, какие виды измерений нам нужно провести, и большинство из них. важно, как нас обмануть? она сказала.

В течение многих лет кислород считался ключом к поиску жизни на других планетах. Атмосфера Земли имеет большой запас кислорода, который почти полностью создается биологическими существами. Таким образом, это считается так называемой «биоподпись». Растения, конечно, производят кислород, но считается, что основная его часть произошла от определенных типов бактерий, которые жили на планете более 2 миллиардов лет.

«Кислород долгое время был поставлен на пьедестал как наиболее надежная биосигнатура», - сказал Медоуз.

За последние пять или шесть лет Медоуз и другие ученые, работающие с VPL, придумали четыре разных способа, которыми кислород может накапливать атмосферу потенциально пригодного для жизни мира посредством совершенно небиологических процессов.

«Люди говорят:« Ну, разве это не разочаровывает, потому что вы думали, что у вас есть эта идеальная биоподпись? », И теперь мы должны быть немного более осторожными», - сказал Медоуз. Но, по словам Медоуза, изучая ложные срабатывания, ученые могут выяснить, какая информация необходима, чтобы их исключить.

Например, очень горячие планеты (вероятно, слишком горячие для жизни) могут иметь в своей атмосфере кислород, который создается солнечным светом, расщепляющим молекулы воды на водород и кислород. Следовательно, обнаружение большого количества пара в атмосфере планеты - хороший способ идентифицировать этот процесс как источник кислорода.

Художник

«Работа с этими ложными срабатываниями позволяет нам знать, если вы хотите уменьшить количество ложных срабатываний, чтобы сделать такие вещи, как выберите этот тип цели вместо этой , а также ищите этот тип газа вместо кислорода », - сказал Медоуз.

«Это как студенты колледжа и пицца», - сказал Шон Домагал-Голдман, исследователь Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и член VPL. «Если вы видите студентов колледжа и пиццу в одной комнате в одно и то же время, вы знаете, что поблизости есть грузовик с доставкой пиццы или магазин пиццы. Потому что студенты колледжа довольно быстро едят пиццу. То же самое и с этими биосигнатурами: самый быстрый механизм производства - это биология ».

Домагал-Гольдман сказал, что он не видел убедительных ложных срабатываний как для кислорода, так и для метана в атмосфере, по крайней мере, в концентрациях, достаточно высоких, чтобы они были видны в межзвездном пространстве.

«Так что прямо сейчас это самая сильная биосигнатура, которая у нас есть для дистанционного обнаружения жизни, по крайней мере, для телескопов следующего поколения», - сказал он. [ 5 смелых утверждений инопланетной жизни ]

Несмотря на дополнительное осложнение, связанное с ложными срабатываниями, найти потенциально пригодную для жизни планету с кислородом в ее атмосфере по-прежнему будет мечтой для ученых. Кислород является наиболее изученной биосигнатурой из сотен тысяч различных химических веществ, которые, как известно, производят живые организмы на Земле (большинство из них в таких малых количествах, их невозможно обнаружить издалека).

«Если мы увидим кислород, мы определенно будем прыгать вверх и вниз, и мы точно знаем, как действовать», - сказала Сара Сигер, профессор планетологии и физики Массачусетского технологического института. «[С кислородом] мы точно знаем, как действовать. Мы знаем, какие ложноположительные сценарии, по нашему мнению, существуют, и будем очень много работать над ними. Мы сможем получить больше наблюдений, если у нас будет любой телескоп, который нам нужен. И мы все в порядке ».

Но, учитывая, что жизнь на других планетах может производить совершенно другой баланс химических веществ, чем любая из форм жизни на Земле, шансы, кажется, увеличиваются против такого прямого открытия.

«Дело в том, что мы ничего не можем гарантировать заранее. Я имею в виду, мы должны увидеть эту планету и посмотреть, что там, - сказал Сигер. «Некоторые вещи станут очень очевидными, большинство - неочевидными. Так что дело не в том, что мы знаем, а в том, насколько нам повезет ».

Будущий телескоп

После нескольких лет постоянных исследований планет и их климата Домагал-Гольдман занял должность в НАСА, где он проводит часть своего времени, служа своего рода связующим звеном между научным сообществом и людьми, которые проектируют и строят телескопы. . По мере того, как сообщество начинает лучше понимать, что искать в атмосфере экзопланеты, он передает эти списки пожеланий инженерам, которые возвращаются и рассказывают ему, что возможно технически и финансово.

Один из проектов, над которым он работает, - это предложение добавить к широкоугольному инфракрасному обзорному телескопу (WFIRST) инструмент под названием «звездная тень», который будет изучать экзопланеты и темную энергию. Звездная тень блокировала бы свет от далекой звезды, облегчая видеть свет, отраженный от планет (аналогично тому, как блокирование солнечного света шляпой позволяет владельцу видеть предметы на земле). Телескоп WFIRST планируется запустить в начале-середине 2020-х годов.

Космический телескоп Джеймса Уэбба, преемник телескопа Хаббла, планируется запустить в 2018 году, и он также предоставит новую информацию об экзопланетах. Спутник для исследования транзитных экзопланет (TESS) станет преемником очень успешного космического телескопа Кеплера и определит сотни или тысячи других экзопланет во Вселенной.

Ни один из этих телескопов не был построен специально для наблюдения за атмосферой экзопланет, хотя исследователи говорят, что не исключено, что каждый из них может предоставить такие данные для нескольких потенциально обитаемых инопланетных миров. (Чтобы эти телескопы могли производить эти измерения, планета и звезда должны быть выстроены в правильном порядке, поэтому трудно точно сказать, сколько образцов они могут собрать). Итак, научное сообщество уже рассматривает телескоп, который будет собирать данные об атмосферах десятков потенциально обитаемых планет.

Эта космическая обсерватория, которая в настоящее время называется космическим телескопом высокого разрешения (HDST), будет делать снимки с разрешением в 25 раз выше, чем у телескопа Хаббла. Недавний отчет о новом телескопе обещает, что он будет изучать атмосферы десятков каменистых планет, вращающихся вокруг своих родительских звезд на таком расстоянии, где может образоваться жидкая вода. Предварительные сроки показывают, что телескоп может быть запущен в 2030-х годах.

«Джеймс Уэбб и TESS, у нас определенно есть шанс что-то найти, но это определенно сложно», - сказал Сигер. «Но только HDST действительно решит проблему».

Команда говорит, что технология, необходимая для достижения целей HDST, достижима, но все еще находится в разработке. Обнаружение атмосферы экзопланеты чрезвычайно сложно и дорого, а данные могут быть слишком сложными, чтобы ученые могли с уверенностью определить, являются ли эти планеты домом для жизни. Но пока межзвездные путешествия не станут реальностью или разумная инопланетная цивилизация дает о себе знать, изучение атмосфер экзопланет может быть единственным шансом для человечества узнать, существует ли жизнь за пределами нашей солнечной системы.

«Вот почему мы это делаем. Я имею в виду, что мы встаем каждый день и много работаем. Каждый день я так или иначе работаю над TESS, - сказал Сигер. «Мы делаем это только потому, что верим, что есть шанс».

Следуй за Каллой Кофилд @callacofield .Подписывайтесь на нас @Spacedotcom , Facebook а также Google+ . Оригинальная статья о demokratija.eu .