Letar, lyssnar och luktar

"Inom ett decennium kommer vi att hitta övertygande bevis på liv bortom jorden," sa Ellen Stofan, byråns vetenskapschef, vid NASA Habitable Worlds in Space Conference i april 2015. Hon tillade att obestridliga och definierande fakta om existensen av utomjordiskt liv kommer att samlas in inom 20-30 år.

"Vi vet var vi ska leta och hur vi ska titta," sa Stofan. "Och eftersom vi är på rätt väg finns det ingen anledning att tvivla på att vi kommer att hitta det vi letar efter." Exakt vad som menades med en himlakropp, specificerade inte representanter för byrån. Deras påståenden tyder på att det till exempel kan vara Mars, ett annat objekt i solsystemet, eller någon sorts exoplanet, även om det i det senare fallet är svårt att anta att avgörande bevis kommer att erhållas inom bara en generation. Definitivt De senaste årens och månadernas upptäckter visar en sak: vatten - och i flytande tillstånd, vilket anses vara ett nödvändigt villkor för bildandet och underhållet av levande organismer - är rikligt med i solsystemet.

"Senast 2040 kommer vi att ha upptäckt utomjordiskt liv", ekade NASA:s Seth Szostak från SETI Institute i sina många mediauttalanden. Vi pratar dock inte om kontakt med en främmande civilisation – de senaste åren har vi fascinerats av nya upptäckter av just förutsättningarna för livets existens, såsom flytande vattenresurser i solsystemets kroppar, spår av reservoarer och bäckar. på Mars eller närvaron av jordliknande planeter i stjärnornas livszoner. Så vi hör om de förhållanden som främjar livet och om spår, oftast kemiska. Skillnaden mellan nuet och vad som hände för några decennier sedan är att nu är fotspåren, tecknen och livsvillkoren inte exceptionella nästan var som helst, inte ens på Venus eller i tarmen på Saturnus avlägsna månar.

Antalet verktyg och metoder som används för att upptäcka sådana specifika ledtrådar växer. Vi förbättrar metoderna för observation, lyssnande och detektion i olika våglängder. Det har pratats mycket på sistone om att leta efter kemiska spår, signaturer av liv även runt mycket avlägsna stjärnor. Det här är vårt "sniff".

Utmärkt kinesisk baldakin

Våra instrument är större och känsligare. I september 2016 togs jätten i drift. Kinesiskt radioteleskop SNABBTvars uppgift blir att söka efter tecken på liv på andra planeter. Forskare över hela världen sätter stora förhoppningar på hans arbete. "Den kommer att kunna observera snabbare och längre än någonsin tidigare i utomjordisk utforsknings historia", säger Douglas Vakoch, ordförande METI International, en organisation dedikerad till sökandet efter främmande former av intelligens. FAST synfält blir dubbelt så stort som Arecibo teleskop i Puerto Rico, som har legat i framkant de senaste 53 åren.

FAST baldakinen (sfäriskt teleskop med femhundra meters öppning) har en diameter på 500 m. Den består av 4450 triangulära aluminiumpaneler. Det upptar en yta som kan jämföras med trettio fotbollsplaner. För att arbeta behöver han total tystnad inom en radie av 5 km, därför flyttades nästan 10 personer från närområdet. Människor. Radioteleskopet ligger i en naturlig pool bland det vackra landskapet av gröna karstformationer i den södra provinsen Guizhou.

Men innan FAST kan övervaka utomjordiskt liv på rätt sätt måste det först kalibreras ordentligt. Därför kommer de första två åren av hans arbete främst att ägnas åt förundersökning och reglering.

Miljonär och fysiker

Ett av de mest kända nya projekten för att söka efter intelligent liv i rymden är ett projekt av brittiska och amerikanska forskare, med stöd av den ryske miljardären Yuri Milner. Affärsmannen och fysikern har spenderat 100 miljoner dollar på forskning som förväntas pågå i minst tio år. "På en dag kommer vi att samla in lika mycket data som andra liknande program har samlat in under ett år", säger Milner. Fysikern Stephen Hawking, som är involverad i projektet, säger att sökningen är vettig nu när så många extrasolära planeter har upptäckts. "Det finns så många världar och organiska molekyler i rymden att det verkar som om liv kan existera där," kommenterade han. Projektet kommer att kallas den största vetenskapliga studien hittills som letar efter tecken på intelligent liv bortom jorden. Leds av ett team av forskare från University of California, Berkeley, kommer det att ha bred tillgång till två av de mest kraftfulla teleskopen i världen: grön bank i West Virginia och Teleskop parker i New South Wales, Australien.

Vi kan känna igen en avancerad civilisation på långt håll genom att:

• närvaron av gaser, särskilt luftföroreningar, klorfluorkolväten, koldioxid, metan, ammoniak;
• ljus och reflektioner av ljus från föremål byggda av civilisationen;
• värmeavledning;
• intensiva strålningsutsläpp;
• mystiska föremål - till exempel stora stationer och rörliga fartyg;
• förekomsten av strukturer vars bildande inte kan förklaras med hänvisning till naturliga orsaker.

Milner introducerade ett annat initiativ som heter. Han lovade att betala 1 miljon dollar. utmärkelser till den som skapar ett speciellt digitalt budskap att skicka ut i rymden som bäst representerar mänskligheten och jorden. Och idéerna från Milner-Hawking-duon slutar inte där. Nyligen rapporterade media om ett projekt som går ut på att skicka en laserstyrd nanosond till ett stjärnsystem som når hastigheter på ... en femtedel av ljusets hastighet!

rymdkemi

Ingenting är mer tröstande för dem som letar efter liv i yttre rymden än upptäckten av välkända "bekanta" kemikalier i rymdens yttre delar. Även moln av vattenånga "Hängande" i yttre rymden. För några år sedan upptäcktes ett sådant moln runt kvasaren PG 0052+251. Enligt modern kunskap är detta den största kända vattenreservoaren i rymden. Exakta beräkningar visar att om all denna vattenånga skulle kondensera skulle den vara 140 biljoner gånger mer än vattnet i alla jordens hav. Massan av "vattenreservoaren" som finns bland stjärnorna är 100 XNUMX. gånger solens massa. Bara för att det någonstans finns vatten betyder det inte att det finns liv där. För att det ska blomstra måste många olika villkor vara uppfyllda.

På senare tid hör vi ganska ofta om astronomiska "fynd" av organiska ämnen i avlägsna hörn av rymden. År 2012, till exempel, upptäckte forskare på ett avstånd av cirka XNUMX ljusår från oss hydroxylaminsom är sammansatt av atomer av kväve, syre och väte och, i kombination med andra molekyler, teoretiskt sett är kapabel att bilda livets strukturer på andra planeter.

Organiska föreningar i en protoplanetarisk skiva som kretsar kring stjärnan MWC 480.

Metylcyanid (CH₃CN) я cyanoacetylen (JSC₃N) som fanns i den protoplanetära skivan som kretsar kring stjärnan MWC 480, upptäckt 2015 av forskare vid American Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), är en annan ledtråd om att det kan finnas kemi i rymden med en chans för biokemi. Varför är detta förhållande en så viktig upptäckt? De fanns i vårt solsystem vid den tidpunkt då liv bildades på jorden, och utan dem skulle vår värld förmodligen inte se ut som den gör idag. Stjärnan MWC 480 i sig är dubbelt så tung som vår stjärna och ligger cirka 455 ljusår från solen, vilket är lite jämfört med de avstånd som finns i rymden.

Nyligen, i juni 2016, uppmärksammade forskare från ett team där bland annat Brett McGuire från NRAO-observatoriet och professor Brandon Carroll från California Institute of Technology ingår spår av komplexa organiska molekyler som tillhör s.k. kirala molekyler. Kiralitet manifesteras i det faktum att den ursprungliga molekylen och dess spegelreflektion inte är identiska och, som alla andra kirala objekt, inte kan kombineras genom translation och rotation i rymden. Kiralitet är karakteristiskt för många naturliga föreningar - sockerarter, proteiner etc. Hittills har vi inte sett någon av dem, förutom jorden.

Dessa upptäckter betyder inte att liv har sitt ursprung i rymden. Men de föreslår att åtminstone några av de partiklar som behövs för dess födelse kan bildas där och sedan resa till planeterna tillsammans med meteoriter och andra föremål.

livets färger

Förtjänade Kepler rymdteleskop bidragit till upptäckten av mer än hundra jordiska planeter och har tusentals exoplanetkandidater. Från och med 2017 planerar NASA att använda ett annat rymdteleskop, Keplers efterträdare. Transiterande Exoplanet Exploration Satellite, TESS. Dess uppgift kommer att vara att söka efter extrasolära planeter i transit (dvs. passerar genom moderstjärnor). Genom att skicka den in i en hög elliptisk bana runt jorden kan du skanna hela himlen efter planeter som kretsar kring ljusa stjärnor i vår omedelbara närhet. Uppdraget kommer sannolikt att pågå i två år, under vilket cirka en halv miljon stjärnor kommer att utforskas. Tack vare detta förväntar sig forskare att upptäcka flera hundra planeter som liknar jorden. Ytterligare nya verktyg som t.ex. James Webb rymdteleskop (James Webb Space Telescope) borde följa och gräva i de upptäckter som redan gjorts, undersöka atmosfären och leta efter kemiska ledtrådar som senare kan leda till upptäckten av liv.

Projekt Transiting Exoplanet Survey Satellite - Visualisering

Men så vitt vi vet ungefär vad livets så kallade biosignaturer är (till exempel närvaron av syre och metan i atmosfären), är det inte känt vilken av dessa kemiska signaler från ett avstånd av tiotals och hundratals ljus år slutligen avgöra saken. Forskare är överens om att närvaron av syre och metan samtidigt är en stark förutsättning för liv, eftersom det inte finns några kända icke-levande processer som skulle producera båda gaserna samtidigt. Men som det visar sig kan sådana signaturer förstöras av exo-satelliter, möjligen kretsande exoplaneter (som de gör runt de flesta planeter i solsystemet). För om månens atmosfär innehåller metan, och planeterna innehåller syre, så kan våra instrument (i det nuvarande utvecklingsstadiet) kombinera dem till en syre-metansignatur utan att lägga märke till exomånen.

Vi kanske inte ska leta efter kemiska spår, utan efter färg? Många astrobiologer tror att halobakterier var bland de första invånarna på vår planet. Dessa mikrober absorberade det gröna spektrumet av strålning och omvandlade det till energi. Å andra sidan reflekterade de violett strålning, på grund av vilken vår planet, sett från rymden, hade just den färgen.

För att absorbera grönt ljus användes halobakterier retinal, dvs visuellt lila, som kan hittas i ögonen på ryggradsdjur. Men med tiden började utnyttjande av bakterier dominera på vår planet. klorofyllsom absorberar violett ljus och reflekterar grönt ljus. Det är därför jorden ser ut som den gör. Astrologer spekulerar att i andra planetsystem kan halobakterier fortsätta att växa, så de spekulerar leta efter liv på lila planeter.

Objekt av denna färg kommer sannolikt att ses av det tidigare nämnda James Webb-teleskopet, som är planerat att skjutas upp 2018. Sådana objekt kan dock observeras, förutsatt att de inte är för långt från solsystemet, och att planetsystemets centrala stjärna är tillräckligt liten för att inte störa andra signaler.

Andra urorganismer på en jordliknande exoplanet, med all sannolikhet, växter och alger. Eftersom detta innebär den karaktäristiska färgen på ytan, både jord och vatten, bör man leta efter vissa färger som signalerar liv. Den nya generationens teleskop bör upptäcka ljuset som reflekteras av exoplaneter, vilket kommer att avslöja deras färger. Till exempel, när du observerar jorden från rymden, kan du se en stor dos strålning. nära infraröd strålningsom härrör från klorofyll i vegetation. Sådana signaler, mottagna i närheten av en stjärna omgiven av exoplaneter, skulle tyda på att "det" också kan vara något som växer. Green skulle föreslå det ännu starkare. En planet täckt av primitiva lavar skulle vara i skuggan galla.

Forskare bestämmer sammansättningen av exoplanetatmosfärer baserat på den tidigare nämnda transiteringen. Denna metod gör det möjligt att studera den kemiska sammansättningen av planetens atmosfär. Ljus som passerar genom den övre atmosfären ändrar sitt spektrum - analysen av detta fenomen ger information om de element som finns där.

Forskare från University College London och University of New South Wales publicerade 2014 i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences en beskrivning av en ny, mer exakt metod för att analysera förekomsten av metan, den enklaste av organiska gaser, vars närvaro allmänt erkänns som ett tecken på potentiellt liv. Tyvärr är moderna modeller som beskriver metans beteende långt ifrån perfekta, så mängden metan i atmosfären på avlägsna planeter är vanligtvis underskattad. Med hjälp av toppmoderna superdatorer från DiRAC ()-projektet och University of Cambridge har cirka 10 miljarder spektrallinjer modellerats, som kan associeras med absorption av strålning av metanmolekyler vid temperaturer upp till 1220 ° C . Listan över nya linjer, cirka 2 gånger längre än de tidigare, kommer att möjliggöra bättre studier av metanhalten i ett mycket brett temperaturområde.

Metan signalerar möjligheten till liv, medan en annan mycket dyrare gas syre – det visar sig att det inte finns någon garanti för livets existens. Denna gas på jorden kommer huvudsakligen från fotosyntetiska växter och alger. Syre är ett av de viktigaste tecknen på liv. Men enligt forskare kan det vara ett misstag att tolka närvaron av syre som likvärdig med närvaron av levande organismer.

Nyligen genomförda studier har identifierat två fall där detektering av syre i atmosfären på en avlägsen planet kan ge en falsk indikation på förekomsten av liv. I dem båda producerades syre till följd av icke-abiotiska produkter. I ett av scenarierna vi analyserade kunde ultraviolett ljus från en stjärna mindre än solen skada koldioxiden i en exoplanets atmosfär och frigöra syremolekyler från den. Datorsimuleringar har visat att sönderfallet av CO₂ ger inte bara₂, men också en stor mängd kolmonoxid (CO). Om denna gas detekteras kraftigt utöver syre i exoplanetens atmosfär kan det tyda på ett falskt larm. Ett annat scenario gäller stjärnor med låg massa. Ljuset de avger bidrar till bildandet av kortlivade O-molekyler.₄. Deras upptäckt bredvid O₂ det borde också utlösa ett larm för astronomer.

Letar efter metan och andra spår

Det huvudsakliga transportsättet säger lite om själva planeten. Den kan användas för att bestämma dess storlek och avstånd från stjärnan. En metod för att mäta radiell hastighet kan hjälpa till att bestämma dess massa. Kombinationen av de två metoderna gör det möjligt att beräkna densiteten. Men är det möjligt att undersöka exoplaneten närmare? Det visar sig att det är det. NASA vet redan hur man bättre kan se planeter som Kepler-7 b, för vilka Kepler- och Spitzer-teleskopen har använts för att kartlägga atmosfäriska moln. Det visade sig att denna planet är för varm för livsformer som vi känner den, med temperaturer från 816 till 982 °C. Men själva faktumet med en så detaljerad beskrivning av det är ett stort steg framåt, med tanke på att vi talar om en värld som är hundra ljusår bort från oss.

Adaptiv optik, som används inom astronomi för att eliminera störningar orsakade av atmosfäriska vibrationer, kommer också att vara praktiskt. Dess användning är att styra teleskopet med en dator för att undvika lokal deformation av spegeln (i storleksordningen flera mikrometer), vilket korrigerar fel i den resulterande bilden. Ja det funkar Gemini Planet Scanner (GPI) i Chile. Verktyget lanserades först i november 2013. GPI använder infraröda detektorer, som är tillräckligt kraftfulla för att upptäcka ljusspektrumet hos mörka och avlägsna objekt som exoplaneter. Tack vare detta kommer det att vara möjligt att lära sig mer om deras sammansättning. Planeten valdes som ett av de första observationsmålen. I det här fallet fungerar GPI som en solkoronagraf, vilket betyder att den dimper skivan på en avlägsen stjärna för att visa ljusstyrkan på en närliggande planet.

Nyckeln till att observera "tecken på liv" är ljuset från en stjärna som kretsar runt planeten. Exoplaneter, som passerar genom atmosfären, lämnar ett specifikt spår som kan mätas från jorden med spektroskopiska metoder, d.v.s. analys av strålning som sänds ut, absorberas eller sprids av ett fysiskt föremål. Ett liknande tillvägagångssätt kan användas för att studera exoplanets ytor. Det finns dock ett villkor. Ytor måste absorbera eller sprida ljus tillräckligt. Förångande planeter, alltså planeter vars yttre lager flyter runt i ett stort dammmoln, är bra kandidater.

Som det visar sig kan vi redan känna igen element som planetens molnighet. Förekomsten av ett tätt molntäcke runt exoplaneterna GJ 436b och GJ 1214b fastställdes baserat på en spektroskopisk analys av ljuset från moderstjärnorna. Båda planeterna tillhör kategorin så kallade superjordar. GJ 436b ligger 36 ljusår från jorden i stjärnbilden Lejonet. GJ 1214b är i stjärnbilden Ophiuchus, 40 ljusår bort.

European Space Agency (ESA) arbetar för närvarande med en satellit vars uppgift kommer att vara att noggrant karakterisera och studera strukturen hos redan kända exoplaneter (CHEOPS). Lanseringen av detta uppdrag är planerad till 2017. NASA vill i sin tur skicka den redan nämnda TESS-satelliten ut i rymden samma år. I februari 2014 godkände Europeiska rymdorganisationen uppdraget PLATO, förknippas med att skicka ett teleskop ut i rymden utformat för att söka efter jordliknande planeter. Enligt nuvarande plan ska han 2024 börja leta efter steniga föremål med vattenhalt. Dessa observationer borde också hjälpa till i sökandet efter exomoonen, ungefär på samma sätt som Keplers data användes.

Europeiska ESA utvecklade programmet för flera år sedan. Darwin. NASA hade en liknande "planetarisk crawler". TPF (). Målet med båda projekten var att studera planeter i jordstorlek för förekomsten av gaser i atmosfären som signalerar gynnsamma förhållanden för liv. Båda inkluderade djärva idéer för ett nätverk av rymdteleskop som samarbetar i sökandet efter jordliknande exoplaneter. För tio år sedan var tekniken ännu inte tillräckligt utvecklad och programmen stängdes, men allt var inte förgäves. Berikade av erfarenheterna från NASA och ESA arbetar de för närvarande tillsammans på rymdteleskopet Webb som nämns ovan. Tack vare sin stora spegel på 6,5 meter kommer det att vara möjligt att studera stora planeters atmosfärer. Detta kommer att göra det möjligt för astronomer att upptäcka kemiska spår av syre och metan. Detta kommer att vara specifik information om exoplaneternas atmosfärer - nästa steg i att förfina kunskapen om dessa avlägsna världar.

Olika team arbetar på NASA för att utveckla nya forskningsalternativ inom detta område. En av dessa mindre kända och fortfarande i sitt tidiga skede är . Det kommer att handla om hur man döljer ljuset från en stjärna med något som liknar ett paraply, så att man kan observera planeterna i dess utkanter. Genom att analysera våglängderna kommer det att vara möjligt att bestämma komponenterna i deras atmosfärer. NASA kommer att utvärdera projektet i år eller nästa och avgöra om uppdraget är värt det. Om det börjar 2022.

Civilisationer i galaxernas periferi?

Att hitta spår av liv innebär mer blygsamma strävanden än sökandet efter hela utomjordiska civilisationer. Många forskare, inklusive Stephen Hawking, ger inte råd till det senare – på grund av de potentiella hoten mot mänskligheten. I seriösa kretsar brukar det inte nämnas några främmande civilisationer, rymdbröder eller intelligenta varelser. Men om vi vill leta efter avancerade utomjordingar har vissa forskare också idéer om hur man kan öka chanserna att hitta dem.

Eg. Astrofysikern Rosanna Di Stefano från Harvard University säger att avancerade civilisationer lever i tätt packade klotformade kluster i utkanten av Vintergatan. Forskaren presenterade sin teori vid det årliga mötet för American Astronomical Society i Kissimmee, Florida, i början av 2016. Di Stefano motiverar denna ganska kontroversiella hypotes med att det i utkanten av vår galax finns cirka 150 gamla och stabila sfäriska kluster som ger bra grund för utvecklingen av vilken civilisation som helst. Nära stjärnor kan betyda många nära placerade planetsystem. Så många stjärnor samlade i bollar är en bra grund för framgångsrika språng från en plats till en annan samtidigt som ett avancerat samhälle upprätthålls. Närheten till stjärnor i kluster kan vara användbar för att upprätthålla liv, sa Di Stefano.