Szukanie, słuchanie i wąchanie

„W ciągu dziesięciu lat znajdziemy przekonujące dowody na istnienie życia poza Ziemią” – powiedziała Ellen Stofan, główna naukowiec agencji, podczas konferencji NASA Habitable Worlds in Space w kwietniu 2015 r. Dodała, że ​​niepodważalne i ostateczne fakty na temat istnienia życia pozaziemskiego zostaną zebrane w ciągu 20-30 lat.

„Wiemy, gdzie szukać i jak patrzeć” – powiedział Stofan. „A ponieważ jesteśmy na dobrej drodze, nie ma powodu wątpić, że znajdziemy to, czego szukamy”. Przedstawiciele Agencji nie sprecyzowali, co dokładnie oznaczało ciało niebieskie. Z ich wypowiedzi wynika, że ​​może to być np. Mars, inny obiekt Układu Słonecznego, albo jakiś rodzaj egzoplanety, choć w tym drugim przypadku trudno sobie wyobrazić, że rozstrzygające dowody uda się uzyskać już w ciągu jednego pokolenia. Zdecydowanie odkrycia ostatnich lat i miesięcy wskazują na jedno: woda – i to w stanie ciekłym, uważanym za niezbędny warunek powstawania i utrzymania organizmów żywych – jest dostępna w Układzie Słonecznym w dużych ilościach.

„Do 2040 roku odkryjemy życie pozaziemskie” – powtarza w licznych wypowiedziach medialnych Seth Shostak z Instytutu SETI z NASA. Nie mówimy tu jednak o kontakcie z obcą cywilizacją – w ostatnich latach fascynują nas nowe odkrycia dotyczące przesłanek istnienia życia, takich jak zasoby wody płynnej w ciałach Układu Słonecznego, ślady zbiorników i cieków wodnych . na Marsie lub obecność planet podobnych do Ziemi w zamieszkałych strefach gwiazd. Słyszymy więc o warunkach sprzyjających życiu io śladach, najczęściej chemicznych. Różnica między teraźniejszością a tym, co wydarzyło się kilka dekad temu, polega na tym, że obecnie ślady, znaki i warunki życia nie są wyjątkowe w prawie żadnym miejscu, nawet na Wenus czy w głębinach odległych księżyców Saturna.

Rośnie liczba narzędzi i metod służących do odkrywania takich konkretnych tropów. Udoskonalamy metody obserwacji, słuchania i wykrywania w różnych długościach fal. Ostatnio dużo mówi się o szukaniu śladów chemicznych, oznak życia nawet wokół bardzo odległych gwiazd. To jest nasz „szept”.

Świetny chiński baldachim

Nasze instrumenty są większe i bardziej czułe. We wrześniu 2016 roku oddano do użytku gigantyczny. Chiński radioteleskop FASTktórego zadaniem będzie poszukiwanie oznak życia na innych planetach. Naukowcy na całym świecie wiążą duże nadzieje z jego pracą. „Będzie w stanie obserwować szybciej i dalej niż kiedykolwiek wcześniej w historii eksploracji obiektów pozaziemskich” – powiedział Douglas Vakoch, przewodniczący Międzynarodowy METI, organizacja zajmująca się poszukiwaniem obcych form inteligencji. Pole widzenia FAST będzie dwukrotnie większe Teleskop Arecibo w Puerto Rico, która od 53 lat znajduje się w czołówce.

Czasza FAST (teleskop sferyczny o aperturze 500 metrów) ma średnicę 4450 m. Składa się z 5 trójkątnych paneli aluminiowych. Zajmuje powierzchnię porównywalną z trzydziestoma boiskami piłkarskimi. Do pracy potrzebuje całkowitej ciszy w promieniu XNUMX km, w związku z tym przesiedlono blisko 10 osób z okolicy. Ludzie. Radioteleskop znajduje się w naturalnym basenie, wśród pięknej scenerii zielonych formacji krasowych w południowej prowincji Guizhou.

Zanim jednak FAST będzie mógł rozpocząć właściwy monitoring w poszukiwaniu cywilizacji pozaziemskich, należy go najpierw odpowiednio skalibrować. Dlatego pierwsze dwa lata jego pracy będą poświęcone głównie badaniom wstępnym i regulacji.

Milioner i fizyk

Jednym z najsłynniejszych ostatnich projektów poszukiwania inteligentnego życia w kosmosie jest projekt brytyjskich i amerykańskich naukowców, wspierany przez rosyjskiego miliardera Jurija Milnera. Biznesmen i fizyk wydał 100 milionów dolarów na badania, które mają trwać co najmniej dziesięć lat. „W ciągu jednego dnia zbierzemy tyle danych, ile inne podobne programy zebrały w ciągu roku” – mówi Milner. Fizyk Stephen Hawking, który jest zaangażowany w projekt, twierdzi, że poszukiwania mają sens teraz, gdy odkryto tak wiele planet pozasłonecznych. „W kosmosie jest tak wiele światów i cząsteczek organicznych, że wydaje się, że mogłoby tam istnieć życie” – skomentował. Projekt zostanie nazwany największym jak dotąd badaniem naukowym mającym na celu poszukiwanie oznak inteligentnego życia poza Ziemią. Kierowany przez zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, będzie miał szeroki dostęp do dwóch najpotężniejszych teleskopów na świecie: Zielony bank w Wirginii Zachodniej i Teleskop Parkesa w Nowej Południowej Walii w Australii.

Zaawansowaną cywilizację możemy rozpoznać z daleka po:

• obecność gazów, zwłaszcza zanieczyszczeń powietrza, chlorofluorowęglowodorów, dwutlenku węgla, metanu, amoniaku;
• światła i odbicia światła od obiektów zbudowanych przez cywilizację;
• wytwarzanie ciepła;
• intensywne emisje promieniowania;
• tajemnicze przedmioty - na przykład duże stacje i poruszające się statki;
• istnienie struktur, których powstania nie można wytłumaczyć odwołując się do przyczyn naturalnych.

Milner przedstawił kolejną inicjatywę zwaną. Obiecał zapłacić milion dolarów. nagrody dla każdego, kto stworzy specjalną wiadomość cyfrową do wysłania w przestrzeń kosmiczną, która najlepiej reprezentuje ludzkość i Ziemię. Na tym pomysły duetu Milner-Hawking się nie kończą. Niedawno media donosiły o projekcie polegającym na wysłaniu sterowanej laserowo nanosondy do układu gwiezdnego z prędkością... jednej piątej prędkości światła!

Chemia kosmiczna

Nic nie przynosi większej pociechy osobom poszukującym życia w przestrzeni kosmicznej niż odkrycie dobrze znanych „znajomych” substancji chemicznych w odległych rejonach kosmosu. Nawet chmury pary wodnej „Wiszące” w przestrzeni kosmicznej. Kilka lat temu taki obłok odkryto wokół kwazara PG 0052+251. Według współczesnej wiedzy jest to największy znany zbiornik wody w kosmosie. Dokładne obliczenia pokazują, że gdyby cała ta para wodna uległa skropleniu, byłoby 140 bilionów razy więcej wody niż we wszystkich oceanach Ziemi. Masa „zbiornika wodnego” odkrytego wśród gwiazd wynosi 100. razy większa od masy Słońca. To, że gdzieś jest woda, nie znaczy, że jest tam życie. Aby mogła rozkwitnąć, musi zostać spełnionych wiele różnych warunków.

Ostatnio dość często słyszymy o astronomicznych „znaleziskach” substancji organicznych w odległych zakątkach kosmosu. Na przykład w 2012 roku naukowcy odkryli ją w odległości około XNUMX lat świetlnych od nas hydroksyloaminaktóry składa się z atomów azotu, tlenu i wodoru i w połączeniu z innymi cząsteczkami teoretycznie jest w stanie tworzyć struktury życia na innych planetach.

Związki organiczne w dysku protoplanetarnym krążącym wokół gwiazdy MWC 480.

Cyjanek metylu (CH₃CN) я cyjanoacetylen (JSC₃N), które znajdowały się w dysku protoplanetarnym krążącym wokół gwiazdy MWC 480, odkryte w 2015 roku przez badaczy z amerykańskiego Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), to kolejna wskazówka, że ​​w kosmosie może istnieć chemia z szansą na biochemię. Dlaczego ta relacja jest tak ważnym odkryciem? Były obecne w naszym Układzie Słonecznym w czasie, gdy formowało się życie na Ziemi, i bez nich nasz świat prawdopodobnie nie wyglądałby tak, jak dzisiaj. Sama gwiazda, MWC 480, jest dwa razy cięższa od naszej gwiazdy i znajduje się około 455 lat świetlnych od Słońca, czyli niewiele w porównaniu z odległościami występującymi w kosmosie.

Niedawno, w czerwcu 2016 roku, badacze z zespołu, w skład którego wchodzili m.in. Brett McGuire z Obserwatorium NRAO i profesor Brandon Carroll z California Institute of Technology, zauważyli ślady złożonych cząsteczek organicznych należących do tzw. cząsteczki chiralne. Chiralność objawia się tym, że pierwotna cząsteczka i jej lustrzane odbicie nie są identyczne i, podobnie jak wszystkie inne obiekty chiralne, nie mogą być łączone poprzez translację i rotację w przestrzeni. Chiralność jest charakterystyczna dla wielu naturalnych związków - cukrów, białek itp. Do tej pory nie widzieliśmy żadnego z nich, z wyjątkiem Ziemi.

Odkrycia te nie oznaczają, że życie powstało w kosmosie. Sugerują jednak, że przynajmniej część cząstek potrzebnych do jego wytworzenia mogłaby się tam uformować, a następnie podróżować na planety wraz z meteorytami i innymi obiektami.

Kolory życia

Zasłużony Kosmiczny Teleskop Keplera przyczynił się do odkrycia ponad stu planet ziemskich i ma tysiące kandydatów na egzoplanety. Od 2017 roku NASA planuje eksploatację kolejnego teleskopu kosmicznego, następcy Keplera. Satelita do badania tranzytowych egzoplanet, TESS. Jego zadaniem będzie poszukiwanie planet pozasłonecznych w tranzycie (czyli przechodzących przez swoje gwiazdy macierzyste). Wysyłając go na wysoką eliptyczną orbitę wokół Ziemi, możesz przeskanować całe niebo w poszukiwaniu planet krążących wokół jasnych gwiazd w naszym bezpośrednim sąsiedztwie. Misja potrwa prawdopodobnie dwa lata, podczas których zbadanych zostanie około pół miliona gwiazd. Dzięki temu naukowcy spodziewają się odkryć kilkaset planet podobnych do Ziemi. Kolejne nowe narzędzia takie jak m.in. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba) musi śledzić i zagłębiać się w już dokonane odkrycia, badać atmosferę i szukać wskazówek chemicznych, które mogą później doprowadzić do odkrycia życia.

Projekt Transiting Exoplanet Survey Satelita - Wizualizacja

O ile jednak wiemy w przybliżeniu, czym są tak zwane bioznaki życia (na przykład obecność tlenu i metanu w atmosferze), nie wiadomo, który z tych sygnałów chemicznych ostatecznie z odległości dziesiątek czy setek lat świetlnych decyduje o sprawie. Naukowcy są zgodni co do tego, że jednoczesna obecność tlenu i metanu jest silnym warunkiem życia, ponieważ nie są znane żadne procesy nieożywione, w wyniku których powstają oba gazy jednocześnie. Jak się jednak okazuje, takie sygnatury mogą zostać zakłócone przez egzoksiężyce, być może krążące wokół egzoplanet (tak jak ma to miejsce w przypadku większości planet Układu Słonecznego). Jeśli bowiem atmosfera Księżyca zawiera metan, a planety tlen, to nasze instrumenty (na obecnym etapie ich rozwoju) potrafią połączyć je w jedną sygnaturę tlenowo-metanową, nie zauważając egzoksiężyca.

Może powinniśmy patrzeć nie na ślady chemiczne, ale na kolor? Wielu astrobiologów uważa, że ​​halobakterie były jednymi z pierwszych mieszkańców naszej planety. Mikroorganizmy te absorbowały zielone widmo promieniowania i przekształcały je w energię. Z drugiej strony odbijały promieniowanie fioletowe, dzięki czemu nasza planeta miała dokładnie taki kolor, patrząc z kosmosu.

Do absorpcji zielonego światła wykorzystano halobakterie siatkówka, czyli wizualny fiolet, który można spotkać w oczach kręgowców. Jednak z biegiem czasu na naszej planecie zaczęły dominować wyzyskujące bakterie. chlorofilktóry pochłania światło fioletowe i odbija światło zielone. Dlatego Ziemia wygląda tak, jak wygląda. Astrolodzy sugerują, że halobakterie mogą w dalszym ciągu rozwijać się w innych układach planetarnych szukaj życia na fioletowych planetach.

Obiekty tego koloru najprawdopodobniej będzie można zobaczyć za pomocą wspomnianego teleskopu Jamesa Webba, którego wystrzelenie zaplanowano na rok 2018. Takie obiekty można jednak obserwować pod warunkiem, że nie znajdują się zbyt daleko od Układu Słonecznego, a gwiazda centralna układu planetarnego jest na tyle mała, że ​​nie zakłóca innych sygnałów.

Prawdopodobne są inne pierwotne organizmy na egzoplanecie podobnej do Ziemi nasadzenia i algi. Ponieważ oznacza to charakterystyczny kolor powierzchni, zarówno lądowej, jak i wodnej, należy szukać pewnych kolorów sygnalizujących życie. Nowa generacja teleskopów powinna wykryć światło odbite od egzoplanet, co ujawni ich kolory. Przykładowo w przypadku obserwacji Ziemi z kosmosu można zaobserwować dużą dawkę promieniowania. bliskie promieniowanie podczerwonektóry pochodzi z chlorofilu występującego w roślinności. Takie sygnały otrzymane w pobliżu gwiazdy otoczonej egzoplanetami wskazywałyby, że „tam” też coś może rosnąć. Zielony sugerowałby to jeszcze mocniej. Planeta porośnięta prymitywnymi porostami znajdowałaby się w cieniu żółć.

Naukowcy określają skład atmosfer egzoplanet na podstawie wspomnianego tranzytu. Metoda ta umożliwia badanie składu chemicznego atmosfery planety. Światło przechodząc przez górne warstwy atmosfery zmienia swoje widmo – analiza tego zjawiska dostarcza informacji o występujących tam pierwiastkach.

Naukowcy z University College London i University of New South Wales opublikowali w 2014 roku w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences opis nowej, dokładniejszej metody analizy występowania metan, najprostszy z gazów organicznych, którego obecność jest powszechnie akceptowana jako oznaka potencjalnego życia. Niestety, obecne modele opisujące zachowanie metanu są dalekie od doskonałości, dlatego ilość metanu w atmosferze odległych planet jest zwykle niedoszacowana. Wykorzystując najnowocześniejsze superkomputery udostępnione w ramach projektu DiRAC () i Uniwersytetu w Cambridge, symulowano około 10 miliardów linii widmowych, które można powiązać z absorpcją promieniowania przez cząsteczki metanu w temperaturach do 1220°C. Lista nowych linii jest około 2 razy szersza od poprzednich, co pozwoli na lepsze badanie zawartości metanu w bardzo szerokim zakresie temperatur.

Metan sygnalizuje możliwość życia, podczas gdy inny znacznie droższy gaz tlen - okazuje się, że nie ma gwarancji istnienia życia. Ten gaz na Ziemi pochodzi głównie z roślin fotosyntetyzujących i alg. Tlen jest jednym z głównych oznak życia. Jednak zdaniem naukowców interpretowanie obecności tlenu jako równoważnej obecności organizmów żywych może być błędem.

W ostatnich badaniach zidentyfikowano dwa przypadki, w których wykrycie tlenu w atmosferze odległej planety mogłoby fałszywie wskazywać na obecność życia. W obu przypadkach powstał tlen produkty nieabiotyczne. W jednym z analizowanych przez nas scenariuszy światło ultrafioletowe gwiazdy mniejszej od Słońca może uszkodzić dwutlenek węgla w atmosferze egzoplanety, uwalniając z niego cząsteczki tlenu. Symulacje komputerowe wykazały, że rozpad CO₂ daje nie tylko O₂, ale także dużą ilość tlenku węgla (CO). Jeśli gaz ten zostanie silnie wykryty oprócz tlenu w atmosferze egzoplanety, może to oznaczać fałszywy alarm. Inny scenariusz dotyczy gwiazd o małej masie. Emitowane przez nie światło sprzyja tworzeniu się krótkotrwałych cząsteczek O.₄. Ich odkrycie w pobliżu O₂ powinno to również uruchomić dzwonki alarmowe dla astronomów.

Poszukujemy metanu i innych śladów

Główny sposób transportu niewiele mówi o samej planecie. Można go wykorzystać do określenia jej wielkości i odległości od gwiazdy. Metoda pomiaru prędkości promieniowej może pomóc w określeniu jej masy. Połączenie obu metod umożliwia obliczenie gęstości. Ale czy możliwe jest przyjrzenie się egzoplanecie bliżej? Okazuje się, że to prawda. NASA wie już, jak lepiej przyjrzeć się planetom takim jak Kepler-7 b, w przypadku których do mapowania chmur w atmosferze wykorzystano teleskopy Keplera i Spitzera. Stwierdzono, że na planecie jest zbyt gorąco dla form życia, jakie znamy, a temperatury wahają się od 816 do 982°C. Jednak sam fakt tak szczegółowego opisu jest dużym krokiem naprzód, biorąc pod uwagę, że mówimy o świecie oddalonym o setki lat świetlnych.

Przyda się także optyka adaptacyjna, stosowana w astronomii do eliminacji zaburzeń wywołanych drganiami atmosferycznymi. Jego zastosowanie polega na sterowaniu teleskopem za pomocą komputera, aby uniknąć miejscowej deformacji zwierciadła (rzędu kilku mikrometrów), co koryguje błędy w powstałym obrazie. tak to działa Skaner planet Bliźniąt (GPI) z siedzibą w Chile. Narzędzie zostało po raz pierwszy uruchomione w listopadzie 2013 r. GPI wykorzystuje detektory podczerwieni, które są wystarczająco mocne, aby uchwycić widmo światła ciemnych i odległych obiektów, takich jak egzoplanety. Dzięki temu będzie można dowiedzieć się więcej na temat ich składu. Planeta została wybrana jako jeden z pierwszych celów obserwacyjnych. W tym przypadku GPI działa jak koronograf słoneczny, co oznacza, że ​​przyciemnia dysk odległej gwiazdy, ukazując jasność pobliskiej planety.

Kluczem do dostrzeżenia „oznak życia” jest światło gwiazdy krążącej wokół planety. Egzoplanety przechodząc przez atmosferę pozostawiają specyficzny ślad, który można zmierzyć z Ziemi metodami spektroskopowymi, tj. analiza promieniowania emitowanego, pochłanianego lub rozproszonego przez obiekt fizyczny. Podobne podejście można zastosować do badania powierzchni egzoplanet. Jest jednak jeden warunek. Powierzchnie muszą wystarczająco pochłaniać lub rozpraszać światło. Dobrymi kandydatami są planety parujące, czyli planety, których zewnętrzne warstwy unoszą się w dużej chmurze pyłu.

Jak się okazuje, potrafimy już rozpoznać takie elementy jak zachmurzenie planety. Istnienie gęstego zachmurzenia wokół egzoplanet GJ 436b i GJ 1214b ustalono na podstawie analizy spektroskopowej światła ich gwiazd macierzystych. Obie planety należą do kategorii tzw. superziemi. GJ 436b znajduje się 36 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Lwa. GJ 1214b znajduje się w gwiazdozbiorze Wężownika, oddalonym o 40 lat świetlnych.

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) pracuje obecnie nad satelitą, którego misją będzie dokładne scharakteryzowanie i zbadanie struktury znanych już egzoplanet (CHEOPS). Wystrzelenie tej misji zaplanowano na rok 2017. NASA z kolei chce jeszcze w tym samym roku wysłać w kosmos wspomnianego już satelitę TESS. W lutym 2014 roku Europejska Agencja Kosmiczna zatwierdziła misję PLATON, związane z wysłaniem w przestrzeń teleskopu mającego na celu poszukiwanie planet podobnych do Ziemi. Według obecnego planu poszukiwania obiektów skalistych zawierających wodę powinna rozpocząć się w 2024 roku. Obserwacje te powinny również pomóc w poszukiwaniu egzoksiężyca, podobnie jak wykorzystano dane Keplera.

Europejska ESA opracowała program kilka lat temu. Darwin. NASA miała podobny „gąsienica planetarna”. TPF (). Celem obu projektów było zbadanie planet podobnych do Ziemi pod kątem obecności gazów w atmosferze, które sygnalizują korzystne warunki do życia. Obydwa zawierały śmiałe pomysły stworzenia sieci teleskopów kosmicznych współpracujących w poszukiwaniu egzoplanet podobnych do Ziemi. Dziesięć lat temu technologia nie była jeszcze wystarczająco rozwinięta, a programy zamknięto, ale nie wszystko poszło na marne. Wzbogaceni doświadczeniem NASA i ESA, obecnie współpracują nad wspomnianym wyżej Teleskopem Kosmicznym Webba. Dzięki dużemu 6,5-metrowemu zwierciadłu możliwe będzie badanie atmosfer dużych planet. Umożliwi to astronomom wykrycie chemicznych śladów tlenu i metanu. Będą to konkretne informacje o atmosferach egzoplanet – kolejny etap udoskonalania wiedzy o tych odległych światach.

W NASA pracują różne zespoły nad opracowaniem nowych alternatyw badawczych w tej dziedzinie. Jednym z tych mniej znanych i wciąż znajdujących się na wczesnym etapie projektów jest . Pomysł polega na tym, aby zacienić światło gwiazdy czymś w rodzaju parasola, aby można było obserwować planety na jej obrzeżach. Analizując długości fal, możliwe będzie określenie składników ich atmosfer. NASA oceni projekt w tym lub przyszłym roku i podejmie decyzję, czy kontynuować misję. Jeśli się zacznie, stanie się to w 2022 roku.

Cywilizacje na obrzeżach galaktyk?

Znalezienie śladów życia oznacza skromniejsze aspiracje niż poszukiwanie całych cywilizacji pozaziemskich. Wielu badaczy, w tym Stephen Hawking, odradza tę drugą opcję ze względu na potencjalne zagrożenie dla ludzkości. W poważnych kręgach zwykle nie ma wzmianki o jakichkolwiek obcych cywilizacjach, kosmicznych braciach czy inteligentnych istotach. Jeśli jednak chcemy szukać zaawansowanych kosmitów, część badaczy ma również pomysły, jak zwiększyć szanse na ich odnalezienie.

Przykład. Astrofizyk Rosanna Di Stefano z Uniwersytetu Harvarda twierdzi, że zaawansowane cywilizacje żyją w ciasno upakowanych gromadach kulistych na obrzeżach Drogi Mlecznej. Badaczka przedstawiła swoją teorię na dorocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Kissimmee na Florydzie na początku 2016 roku. Di Stefano uzasadnia tę dość kontrowersyjną hipotezę faktem, że na obrzeżach naszej galaktyki znajduje się około 150 starych i stabilnych gromad kulistych, które stanowią dobry grunt dla rozwoju każdej cywilizacji. Gwiazdy blisko siebie mogą oznaczać wiele pobliskich układów planetarnych. Tak wiele gwiazd zgrupowanych w kule jest dobrą glebą do skutecznego skakania z miejsca na miejsce, przy jednoczesnym utrzymaniu zaawansowanego społeczeństwa. Di Stefano powiedział, że bliskość gwiazd w gromadach może być korzystna dla podtrzymywania życia.