НАСА: даже космическому телескопу «Джеймс Уэбб» будет тяжело найти пригодные для жизни планеты

Время от времени наступает момент, когда звезды должны выстроиться в ряд - иногда это происходит буквально.

Каждую неделю появляются сообщения о новых экзопланетах, которые, возможно, пригодны для жизни. Исследователи, проводящие эти исследования, утверждают, что только телескоп по имени Джеймс Уэбб обладает инструментами, необходимыми для изучения потенциально обитаемых миров и определения, существует ли на них жизнь. В то же время, хотя "Уэбб" более передовой, чем другие телескопы, трудно направить его на звезду и получить четкий снимок планеты. В новом интервью два астрофизика из НАСА, работающие над проектом "Уэбба", объяснили, почему даже этому мощному инструменту будет сложно обнаружить инопланетную жизнь.

Из более чем 5000 известных экзопланет только несколько десятков могут быть пригодными для жизни. Эти миры очень малы и, вероятно, состоят из камня, а также находятся достаточно близко к своим звездам, чтобы теоретически иметь жидкую воду. Однако не все эти миры подходят для "Уэбба". По словам Кристофера Старка и Книколь Колон из Центра космических полетов им. Годдарда НАСА, только экзопланеты с транзитными орбитами могут попасть в поле зрения "Уэбба", но есть множество факторов, которые могут негативно влиять на его способность собирать данные.

Метод обнаружения экзопланет с использованием транзитной фотометрии базируется на наблюдениях прохождения планеты перед звездой. Этот подход позволяет определить размеры и плотности планеты, а также предоставляет информацию о ее атмосфере.

На 11 ноября 2019 года, с помощью транзитного метода было обнаружено 2968 планет в 2229 планетных системах. Впервые о двух-транзитной системе (kepler-9b и kepler-9c) было объявлено 26 августа 2010 года.

Во время транзита планета заслоняет часть своей звезды от наблюдателя, что приводит к уменьшению яркости звезды. Изменения яркости могут быть замечены путем непрерывного наблюдения. Планета, вызывающая транзит, называется транзитной планетой. Планеты вращаются по своей орбите вокруг звезды, и после каждого оборота происходит очередной транзит. Чтобы исключить случайные наблюдения, требуется минимум три транзита, имеющих одинаковый временной интервал друг от друга. 

Вероятность случайного наблюдения транзита в произвольной звезде составляет менее 1%, так как орбиты могут быть таким образом ориентированы, что планета никогда не проходит перед звездой. К августу 2019 года с помощью этого метода обнаружено более 3000 экзопланет. Основываясь на градиентах яркости звезды при наблюдении, можно получить дополнительную информацию о планете и звезде. 

Например, можно определить орбитальный период планеты вокруг своей звезды, ее радиус, угол наклона орбиты относительно линии обзора и направление вращения звезды. Кроме того, эти значения могут быть использованы для определения расстояния, на котором планета совершает оборот вокруг своей звезды. Спектральное наблюдение также позволяет получить данные о составе атмосферы, альбедо и температуре планеты. 

На сегодняшний день точность методов все еще недостаточна для получения информации о планетах, похожих на Землю, но с появлением новых современных телескопов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба, в ближайшем будущем такие измерения станут возможными.

Транзитная экзопланета имеет орбиту, которая из нашей перспективы проходит перед ее звездой. Когда она проходит перед звездой, часть света проходит через атмосферу экзопланеты, если она вообще есть. Для обнаружения этого света и его отличия от постоянного света звезды необходим очень чувствительный телескоп, способный наблюдать инфракрасные длины волн - то, чем обладает "Уэбб". Из этих данных можно обнаружить молекулы, важные для жизни, такие как водяной пар, метан и углекислый газ. Затем наличие биосигнатурных молекул, таких как аммиак, фосфин и хлорметан, может указывать на настоящее существование жизни.

Даже если планеты находятся на правильной орбите, множество факторов затрудняют определение характеристик их атмосферы. Старк и Колон в качестве примера использовали экзопланету LHS 1140b. Последний анализ показывает, что для обнаружения газов в атмосфере этой суперземли может потребоваться от 10 до 50 транзитов и, соответственно, 40-200 часов наблюдений. Поскольку LHS 1140b не видна весь год, может потребоваться несколько лет или даже десятилетий, чтобы собрать достаточное количество данных.

Также существует проблема неблагоприятных погодных условий, способных повлиять на любую планету с атмосферой. Облака могут скрыть спектр пропускания атмосферы, а звездные пятна на родительской звезде могут содержать высокие уровни водяного пара, что затрудняет определение наличия воды на планете. "Уэбб" может добиться успеха при изучении так называемых "гицеанских планет", таких как суперземля K2-18b. Эти экзопланеты, как считается, имеют тонкие атмосферы, богатые водородом, и жидкие водные океаны. В ближайшее время "Уэбб" должен будет изучить K2-18b с помощью инструментов NIRSpec и MIRI.

Несмотря на то, что "Уэбб" может изучать экзопланеты более тщательно, чем другие обсерватории, для получения убедительных доказательств жизни или обитаемости потребуются идеальные условия. С таким огромным количеством экзопланет и практически двадцатилетним сроком службы, в конечном итоге "Уэбб" сможет найти подходящую комбинацию безоблачной атмосферы, идеальной орбиты и спокойной звезды, пишет overclockers.ru.