Происходящие на Земле жизненные процессы оставляют характерные «отпечатки» в атмосфере. В частности, фотосинтез несёт ответственность за обеспечение высоких показателей содержания кислорода в атмосфере и толстый озоновый слой. А микробы, например, испускают в атмосферу метан и окись азота, водоросли выделяют органическое вещество – хлорметан.
Эти органические вещества и химические соединения, при условии, что они содержаться в атмосфере в достаточном количестве, являются индикаторами жизни — атмосферными биомаркерами. Обнаружение их в атмосфере экзопланет, теоретически, должно быть средством определения, существует ли жизнь где-нибудь ещё кроме Земли.
Тем не менее при наблюдениях за планетами вне Солнечной системы, астрономы никогда не исследуют биомаркеры. Причина заключается в том, что для наблюдения за атмосферными бомаркерами экзопланет необходимы сверхчувствительные астрономические телескопы. European Extremely Large Telescope, возведение которого находится на этапе планирования, вполне вероятно будет обладать достаточно высокой чувствительностью, необходимой для фиксации биомаркеров в атмосферах экзопланет. Новое исследование, представленное Lee Grenfell на European Planetary Science Congress в Лондоне направлено на изучение того, как такие биомаркеры могут быть обнаружены в будущем.
Lee Grenfell объясняет, что основная цель его работы состоит в том, чтобы оценить возможный диапазон сигналов атмосферных биомаркеров, которые бы потенциально могли быть зафиксированы телескопами будущего. По словам исследователя он и его команда, разрабатывает компьютерные модели экзопланет, которые имитируют изобилие различных биомаркеров и их влияние на свет, проходящий сквозь атмосферу планеты.
Органические вещества, содержащиеся в атмосфере планеты влияют на свет, который проходит сквозь неё, оставляя характерные химические «отпечатки» в спектре звезды. Используя многочисленные технические средства, астрономы собрали огромное количество данных о условиях, характерных для больших горячих экзопланет. Для обнаружения биомаркеров использовался аналогичный способ, но, как и предполагалось, сигнал был настолько слаб, что выводы приходилось делать в большей степени основываясь на теоретических моделях, что существенно искажает фактически данные, расшифровка которых весьма затруднительна.
По словам Lee Grenfell, он смоделировал экзопланету, подобную Земле, которую в последующем помещал в различные орбитальные условия, вычисляя при этом изменения биомаркеров. Учёный сосредоточился на красных карликовых звёздах, которые значительно меньше и по размерам и по яркости, чем Солнце. Исследователь объясняет это тем, что любые сигналы биомаркеров планет, орбита которых находится вокруг таких звёзд, будет значительно проще обнаруживать.
Для обнаружения биомаркера озона команда будет проводить анализ обитаемой зоны, направленный на детальное исследование ультрафиолетового излучения звезды. При слабом ультрафиолетовом излучении в атмосфере образуется меньше озона, что значительно затрудняет процесс его обнаружения. Когда же ультрафиолета слишком много, происходит нагревание средних слоёв атмосферы, что существенно ослабляет вертикальный градиент и нарушает сигнал. Таким образом, только при оптимальных, промежуточных условиях ультрафиолетового излучения возможно обнаружить биомаркеры озона.
Grenfell также отметил, что изменения ультрафиолетовой эмиссии красных карликовых звёзд имеет потенциально большое воздействие на сигналы атмосферных биомаркеров при моделировании подобных Земле экзопланет. В своём заключительном слове на European Planetary Science Congress, исследователь также отметил, что проделанная им работа подчеркивает важность исследований в рамках предстоящих миссий ультрафиолетовой эмиссии этого типа звёзд.
Кроме технических, есть и другие ограничения использования метода биомаркеров для обнаружения признаков жизни на экзопланетах. В частности, использование модели биомаркеров предполагает, что экзопланеты, на которых возможна жизнь, подобны Земле, однако это всего лишь предположение. К тому же учёные должны быть уверены в том, что обнаруженный биомаркер является подтверждением существования жизни, а не результатом других безжизненных процессов. В конечном итоге, тёмно-красные карликовые звёзды, возможно, являются не самыми подходящими для поддержания жизни на окружающих их планетах. В любом случае этот метод имеет право на существование и является чрезвычайно перспективным для обнаружения потенциальных признаков жизни на далёких планетах.
Свой доклад Grenfell подытожил риторическим вопросом «Действительно ли Земля является единственной планетой, пригодной для жизни?».
