Как понять, пригодна ли планета для жизни? Телескопов, способных разглядеть на другой планете живое существо, даже если оно очень большое, в ближайшем будущем не предвидится.
Первое, что приходит в голову: подходящая ли на планете температура для того, чтобы вода могла существовать на ней в жидком состоянии. Так появилось понятие "зона обитаемости". Астрономы ищут и находят планеты в обитаемых зонах разных звёзд.
И, конечно, очень важно понять, есть ли на планете нужные для жизни вещества. Например, именно богатая химия спутника Сатурна Титана заставляет учёных подозревать, что жизнь там есть уже сейчас или может зародиться в будущем. Ради потенциального благоденствия этой жизни даже был уничтожен вполне ещё работоспособный аппарат "Кассини".
Но на планету чужой звезды не отправишь зонд с химическими анализаторами (по крайней мере, пока). Как же в таком случае узнать химию далёкого мира? Разумеется, исследуя спектр излучения, приходящего от далёкой планеты. (Между прочим, именно этим способом "Хаббл" не так давно обнаружил на землеподобных планетах воду .) Причём искать надо не в видимом диапазоне. Инфракрасная астрономия, о которой мы недавно рассказывали, гораздо эффективнее помогает в этом вопросе.
Многие химические соединения имеют свои "подписи" в инфракрасном диапазоне – "пики " и "провалы " на графике спектра (соответствующие излучению и поглощению излучения определённой длины волны и похожие на тонкие линии). Вот по этим следам нужные вещества и можно идентифицировать.
Разумеется, учёных интересуют прежде всего кислород, метан, озон, водяной пар, углекислый газ и закись азота (N2O). К слову, именно живые организмы когда-то совершили на Земле "кислородную революцию" . Однако наблюдать линии этих газов трудно, это требует многих дней наблюдательного времени. А у астрономов оно всегда в дефиците, потому что инструментов и финансирования гораздо меньше, чем интересных задач.
Команда учёных во главе с Владимиром Айрапетяном (Vladimir Airapetian) из NASA предложила новый способ поиска планет с пригодной для жизни химией. Он использует "подписи", которые обнаружить гораздо легче. Но, как обычно, есть нюанс: они появляются только благодаря звёздным бурям.
Мы подробно писали о выбросах корональной массы, которыми регулярно "плюётся" Солнце. На Землю благодаря её магнитному полю они влияют мало (кстати, Марсу повезло меньше). Но это потому что наше светило зрелое и спокойное.
У молодых активных звёзд, похожих на Солнце или немного холоднее (спектральных классов G и K), выбросы сильнее и происходят чаще. Поэтому заряженные частицы, прорываясь в атмосферу планеты, способны наделать в ней шороху. Вот на это и делает ставку новый метод.
Под действием частиц звёздного ветра молекулы воды (H2O) превращаются в молекулы гидроксила (OH-). Атмосферный азот при этом окисляется до своего монооксида (NO). Два этих вещества имеют весьма чёткие инфракрасные "подписи".
Образуется ли их достаточно много для того, чтобы это можно было "увидеть" с Земли? Для ответа на этот вопрос исследователи адаптировали модель, которая десятилетиями применяется в физике атмосферы. Эта модель предсказывает реакцию озонового слоя Земли на выбросы корональной массы. Группа Айрапетяна сумела приспособить её к новой задаче. Кроме того, авторы использовали данные космического аппарата TIMED, который изучает состав и температуру атмосферы Земли.
Компьютерное моделирование с привлечением "космических" данных показало, что в атмосфере планеты, похожей на Землю, но вращающейся вокруг активной звезды, "сигнальных веществ" образуется много. Так много, что инфракрасный телескоп диаметром всего 15–25 сантиметров мог бы различить их в атмосфере ближайших экзопланет за два часа наблюдений.
Такой сигнал означал бы, что на планете присутствует кислород, азот (важнейший компонент белков) и водяной пар, да ещё и атмосферное давление близко к земному. А значит, такой мир может оказаться обитаемым.
Впрочем, если сигнал будет чересчур сильным, это не сулит ничего хорошего. Ведь это означает, что у планеты нет магнитного поля, которое задерживало бы почти весь звёздный ветер (а это необходимо, чтобы живые существа на планете не умерли от радиации). Поэтому о том, что планета пригодна для жизни, свидетельствует "умеренный" сигнал.
Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Scientific Reports.
К слову, не так давно учёные пересчитали планеты, с которых инопланетяне могли бы обнаружить Землю нашими нынешними средствами.
