Dokáže dalekohled Webb detekovat známky života na blízkých exoplanetách?

Artistův koncept kosmického dalekohledu Jamese Webba, který se objeví, jakmile se objeví na oběžné dráze Země v roce 2021. Chcete vidět, jak vypadá skutečný dalekohled? Podívejte se na konec tohoto příspěvku. Obrázek přes Northrop Grumman / JWST.

Pouze 39 světelných let od Země - hned vedle, kosmicky řečeno - existuje sluneční soustava se sedmi skalními planetami velikosti Země. Systém se nazývá TRAPPIST-1. Všech jeho sedm planet je zajímavých a tři z nich obíhají v obývatelné zóně hvězdy, kde na nich mohou teploty umožnit existenci kapalné vody.

Tyto světy byly v posledních několika letech předmětem mnoha studií, ale existují limity, o kterých se současné dalekohledy o nich mohou dozvědět více. A co víc, proběhla debata o tom, zda bude kosmický dalekohled James Webb - Hubbleův nástupce, naplánovaný na spuštění v březnu 2021 - dostatečně silný, aby detekoval známky života ve vzdálenosti těchto planet Země, pokud skutečně existují známky života. tam. Ale nyní nová studie říká, ano, Webb bude schopen analyzovat jejich atmosféru na biosignatury. Studie navíc říká, že tato analýza by mohla být provedena pouze za rok, i když mraky v atmosférách planet by mohly představovat problém.

Nový příspěvek byl poprvé publikován 21. června 2019 v The Astronomical Journal a studii vedl Jacob Lustig-Yaeger, student astronomie na Washingtonské univerzitě.

Podle Lustig-Yaegera:

Byl postaven dalekohled Webb a my máme představu, jak bude fungovat. Počítačové modelování jsme použili k určení nejefektivnějšího způsobu použití dalekohledu k zodpovězení nejzákladnější otázky, kterou se chceme zeptat, což je: Existují na těchto planetách dokonce atmosféry, nebo ne?

Artistův koncept sedmi exoplanet velikosti Země v planetárním systému TRAPPIST-1. Obrázek přes R. Hurt / T. Pyle / NASA / JPL-Caltech / WOSU.

Všech sedm známých planet v systému TRAPPIST-1 je skalnaté a podobné velikosti jako Země. Všichni obíhají blízko své hvězdy, ale protože je hvězdou červeného trpaslíka a chladnější než slunce, znamená to, že tři planety jsou stále v obytné zóně hvězdy, kde teploty umožňují kapalnou vodu v závislosti na dalších faktorech, jako je druh atmosféry. Očekává se, že většina nebo všechny planety mají atmosféru, ale to zatím není jisté. Webb dalekohled bude schopen potvrdit, že, a analyzovat ty atmosféry na možné biosignatury, plyny jako kyslík nebo metan, které by mohly naznačovat život na povrchech. Podle Lustig-Yaegera:

Právě teď je v terénu velká otázka, zda tyto planety mají dokonce atmosféru, zejména nejvnitřnější planety. Jakmile jsme potvrdili, že existují atmosféry, co se můžeme dozvědět o atmosféře každé planety, o molekulách, které ji tvoří?

Studie naznačuje, že dalekohled Webb by měl být schopen detekovat a analyzovat jakoukoli atmosféru poměrně rychle, zhruba za rok. Protože planety jsou všechny blízko jejich hvězdy, znamená to, že jejich tranzitní časy - doba, po které planeta přejde před svou hvězdou z našeho pohledu - jsou relativně krátké. Webb by měl být schopen potvrdit atmosféru (nebo ne) v 10 tranzitech nebo méně.

Artistův koncept TRAPPIST-1e, který podle vědců má největší šanci mít obyvatelnou atmosféru a oceán jako Země. Obrázek přes NOAA / Inverzní.

To však také závisí na tom, zda tyto atmosféry mají mraky. Pokud by planeta měla hustou oblačnou atmosféru, jako je Venuše, mohlo by to potvrdit až 30 tranzitů. Takže Webbův dalekohled to dokázal i nadále, jen by to trvalo déle, Lustig-Yaeger řekl:

To je však stále dosažitelný cíl. To znamená, že i v případě realistických výškových mraků bude dalekohled James Webb stále schopen detekovat přítomnost atmosféry, která před naším dokumentem nebyla známa.

Schopnost detektoru James Webb Space Telescope detekovat atmosféru menších skalních planet je vzrušující, protože jiné teleskopy to ještě nedokázaly. Je to mnohem jednodušší u plynových obřích planet, jako je Jupiter, ale u menších planet je obtížné, když jsou tak daleko.

Další možností je, že Webb najde důkaz o vodě, kterou planety ztratily, když byl systém mnohem mladší a hvězda byla mnohem teplejší. V takových případech by atmosféra mohla obsahovat abiotický kyslík - nevytvářený životem - což by mohl být falešně pozitivní signál aktivní biologie. Vědci by museli zjistit, zda je kyslík biotický nebo abiotický.

Umělcova koncepce povrchu TRAPPIST-1f. Obrázek přes inverzní.

Kosmický dalekohled James Webb bude neocenitelný pro studium skalních planet, jako je Země, říkají astronomové, a mnoho dalších těchto skalních světů se objevuje neustále v obrovském prostoru naší Mléčné dráhy. Odhaduje se, že v naší galaxii existují miliardy takových světů a Webb by mohl poskytnout první přesvědčivý důkaz života na jednom (nebo více) z nich. I když tomu tak není, pomůže to revoluci v našem chápání těchto planet. Jak poznamenal doktorand astronomie Andrew Lincowski:

Provedením této studie jsme se podívali na: Jaké jsou nejlepší scénáře scénáře kosmického dalekohledu James Webb? Co bude schopen udělat? Protože se rozhodně najde více planet planety Země, než se objeví v roce 2021.

Planetární systém TRAPPIST-1 je jedinečný mezi dosud známými systémy se sedmi exoplanety Země. Mohl by mít někdo z nich život? Jsou ideálními kandidáty pro další studium Webbem, který může být schopen odpovědět na tuto zajímavou otázku v relativně blízké budoucnosti. Jak Lustig-Yaeger dodal:

Je těžké si představit teorii planetárního systému, který by lépe vyhovoval Jamesu Webbovi než TRAPPIST-1.

28. srpna 2019 NASA oznámila, že obě poloviny kosmického dalekohledu James Webb jsou nyní úspěšně připojeny. Dalekohled se shromažďuje v zařízeních Northrop Grumman v Redondo Beach v Kalifornii. Přečtěte si více.

Sečteno a podtrženo: Poprvé budou vědci moci studovat atmosféru sedmi exoplanet velikosti Země v systému TRAPPIST-1 pomocí kosmického dalekohledu James Webb, Hubbleova nástupce, který má být spuštěn v roce 2021.

Zdroj: Detekovatelnost a charakterizace exoplanetových atmosfér TRAPPIST-1 s JWST

Prostřednictvím UW News