Poszukiwanie życia we wszechświecie trwa w najlepsze od kilkudziesięciu lat. Poza ekscytującym, ale jednak nic nieznaczącym sygnałem Wow! jak na razie niczego we wszechświecie nie usłyszeliśmy, niezależnie od tego, jak bardzo nadstawiamy ucha. Najnowsze badania sugerują jednak, że następna generacja zaawansowanych teleskopów może znacząco zwiększyć nasze szanse powodzenia, bowiem jako pierwsza będzie w stanie precyzyjnie analizować atmosfery pobliskich egzoplanet
Artykuł opublikowany niedawno w periodyku naukowym The Astronomical Journal szczegółowo opisuje wysiłki zespołu naukowców z Ohio State University, którzy badali zdolność przyszłych teleskopów do wykrywania chemicznych śladów tlenu, dwutlenku węgla, metanu i wody na dziesięciu pobliskich egzoplanetach skalistych. Pierwiastki te są biosygnaturami występującymi również w atmosferze ziemskiej, które mogą dostarczyć kluczowych naukowych dowodów na istnienie życia.
Badanie wykazało, że w przypadku pary pobliskich światów, Proxima Centauri b i GJ 887 b, teleskopy te są bardzo skuteczne w wykrywaniu obecności potencjalnych biosygnatur. Z tych dwóch ustaleń wynika, że tylko w przypadku Proxima Centauri b maszyny byłyby w stanie wykryć dwutlenek węgla, gdyby był obecny w jej atmosferze. Chociaż nie odkryto żadnej egzoplanety, która dokładnie odzwierciedlałaby warunki życia na Ziemi we wczesnych fazach rozwoju, praca ta sugeruje, że po bardziej szczegółowym zbadaniu takie wyjątkowe superziemie – planety masywniejsze od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna – mogłyby stanowić odpowiedni cel przyszłych misji badawczych.
Aby zintensyfikować poszukiwania planet nadających się do zamieszkania, Huihao Zhang, główny autor opracowania i student astronomii w Ohio State, wraz ze współpracownikami postanowił określić skuteczność wyspecjalizowanych instrumentów obserwacyjnych, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) i inne niezwykle duże teleskopy, takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop, Teleskop Trzydziestometrowy i Gigantyczny Teleskop Magellana, które umożliwią nam bezpośrednie obrazowanie egzoplanet.
Nie każda planeta nadaje się do bezpośredniego obrazowania, ale właśnie dlatego symulacje dają nam przybliżone pojęcie o tym, co taki wielki teleskop mógłby nam pokazać.
Bezpośrednia metoda obrazowania egzoplanet polega na użyciu koronografu do blokowania światła gwiazdy macierzystej, co pozwala naukowcom uchwycić delikatny obraz właściwej planety krążącej wokół niej. Ponieważ jednak zlokalizowanie ich w ten sposób może być trudne i czasochłonne, badacze chcieli sprawdzić, jak dobrze teleskopy tego typu poradzą sobie z tym wyzwaniem.
W tym celu przetestowano zdolność instrumentów każdego teleskopu do odróżniania uniwersalnego szumu tła od sygnału planetarnego, który chcieli uchwycić podczas wykrywania biosygnatur. Taki stosunek sygnału do szumu określa bowiem, jak łatwo można wykryć i przeanalizować sygnał pochodzący z danego obiektu.
Wyniki pokazały, że tryb bezpośredniego obrazowania jednego z instrumentów ELT, zwanego Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, działał lepiej w przypadku trzech planet (GJ 887 b, Proxima b i Wolf 1061 c) w wykrywaniu obecności metanu, węgla dwutlenek węgla i wodę, podczas gdy jego monolityczny optyczny spektrograf polowy o wysokiej rozdzielczości kątowej i integralny spektrograf polowy bliskiej podczerwieni mógł wykrywać metan, dwutlenek węgla, tlen i wodę, ale wymagał znacznie dłuższego czasu obserwacyjnego.
Dodatkowo, ponieważ wnioski te dotyczyły instrumentów, które będą musiały zajrzeć przez chemiczną mgłę atmosfery ziemskiej, aby poczynić postępy w poszukiwaniu życia kosmicznego, porównano je z obecnymi możliwościami JWST w przestrzeni kosmicznej, powiedział Zhang.
„Trudno powiedzieć, czy teleskopy kosmiczne są lepsze od teleskopów naziemnych, ponieważ są inne” – powiedział.
W tym przypadku odkrycia ujawniły, że chociaż GJ 887 b jest jednym z najodpowiedniejszych celów do bezpośredniego obrazowania przez wielkie teleskopy naziemne, ponieważ jej lokalizacja i rozmiar powodują szczególnie wysoki stosunek sygnału do szumu, w przypadku niektórych planet tranzytujących, takich jak planety układu TRAPPIST-1, teleskop Jamesa Webba bardziej nadaje się do ich wykrywania niż bezpośrednie obrazowanie za pomocą teleskopów naziemnych.
Ponieważ jednak w badaniu przyjęto bardziej konserwatywne założenia dotyczące danych, prawdziwa skuteczność przyszłych narzędzi astronomicznych może w dalszym ciągu zaskakiwać naukowców. Pomijając subtelne różnice w wydajności, te potężne instrumenty przysłużą się poszerzaniu naszej wiedzy o wszechświecie i mają się wzajemnie uzupełniać, powiedział Ji Wang, współautor badania i adiunkt astronomii w Ohio State. Dlatego właśnie potrzebne są badania takie jak to, które oceniają ich ograniczenia.
„Nie można wystarczająco podkreślić znaczenia symulacji, zwłaszcza w przypadku misji, które kosztują miliardy dolarów” – powiedział Wang. „Ludzie nie tylko muszą budować sprzęt, ale także bardzo się starają symulować wydajność i być przygotowani na osiągnięcie tak wspaniałych wyników”.
Najprawdopodobniej, jako że żaden z gigantycznych teleskopów naziemnych nie zostanie ukończony przed końcem tej dekady, kolejne kroki badaczy będą opierały się na symulacjach tego, jak dobrze przyszłe teleskopy poradzą sobie z badaniem zawiłości licznych dowodów życia na naszej planecie.
„Chcemy zobaczyć, w jakim stopniu możemy zbadać naszą atmosferę z niezwykłą szczegółowością i ile informacji możemy z niej wydobyć” – powiedział Wang. „Ponieważ jeśli nie będziemy w stanie odpowiedzieć na pytania dotyczące możliwości zamieszkania w atmosferze ziemskiej, nie będziemy mogli zacząć odpowiadać na te pytania wokół innych planet”.
