JWST ha dimostrato di essere in grado di rilevare le impronte digitali della vita sugli esopianeti

componenti della vita diffuso in tutto l’universo. Sebbene la Terra sia l’unico luogo conosciuto nell’universo in cui esiste la vita, la scoperta della vita extraterrestre L’obiettivo principale auto da trasporto astronomia moderna e il scienza planetaria.

Siamo due studiosi che studiano pianeti esterni e il astronomia. Grazie in gran parte ai telescopi di nuova generazione come James Webb, ricercatori come noi saranno presto in grado di misurare la composizione chimica delle atmosfere dei pianeti attorno ad altre stelle. Si spera che uno o più di questi pianeti abbiano un’impronta chimica per la vita.

Pianeti esterni abitabili

vivere Potrebbe esistere nel sistema solare Dove c’è acqua liquida, come le falde acquifere su Marte o negli oceani della luna di Giove Europa. Tuttavia, la ricerca della vita in questi luoghi è molto difficile in quanto è di difficile accesso e per rilevare la vita è necessario inviare una sonda per restituire i campioni fisici.

Molti astronomi credono che ci sia un file Buone possibilità di vita su pianeti in orbita attorno ad altre stelleQuesto potrebbe essere il posto giusto La vita sarà trovata prima.

I calcoli teorici suggeriscono che c’è qualcosa nelle vicinanze 300 milioni di pianeti potenzialmente abitabili Solo nella Via Lattea e Molti pianeti abitabili delle dimensioni della Terra A soli 30 anni luce dalla Terra, i vicini dell’umanità nella galassia. Finora, gli astronomi l’hanno fatto Scopri più di 5.000 esopianetiCompresi centinaia di quelli potenzialmente abitabili, utilizzando metodi indiretti che misura come un pianeta influenza la sua stella vicina. Queste misurazioni possono fornire agli astronomi informazioni sulla massa e le dimensioni di un esopianeta, ma non di più.

Alla ricerca di firme biologiche

Per scoprire la vita su un pianeta lontano, gli astrobiologi studieranno la luce stellare esistente Interazione con la superficie o l’atmosfera del pianeta. Se l’atmosfera o la superficie viene trasformata dalla vita, la luce può contenere prove chiamate “biofirma”.

Durante la prima metà della sua esistenza, la Terra aveva un’atmosfera priva di ossigeno, sebbene esistesse la vita unicellulare. L’impronta biometrica della Terra era molto debole in questa prima era. Improvvisamente è cambiato 2,4 miliardi di anni fa Poi è nata una nuova famiglia di alghe. Le alghe utilizzavano la fotosintesi che produce ossigeno libero, ossigeno che non è legato chimicamente a nessun altro elemento. Da quel momento, l’atmosfera piena di ossigeno della Terra ha lasciato un’impronta biologica forte e facilmente distinguibile sulla luce che la attraversa.

Quando la luce si riflette sulla superficie di un materiale o passa attraverso un gas, è più probabile che alcune lunghezze d’onda siano intrappolate nel gas o nella superficie del materiale rispetto ad altre. Questa modifica selettiva delle lunghezze d’onda della luce è la ragione dei diversi colori degli oggetti. Le foglie sono verdi perché la clorofilla è particolarmente adatta ad assorbire la luce nelle lunghezze d’onda rosse e blu. Quando la luce colpisce la carta, le lunghezze d’onda rossa e blu vengono assorbite, facendo rimbalzare la maggior parte della luce verde negli occhi.

Il pattern della luce persa è determinato dalla specifica composizione del materiale con cui la luce interagisce. Per questo motivo, gli astronomi possono conoscere la composizione dell’atmosfera o della superficie di un esopianeta misurando il colore specifico della luce proveniente da un pianeta.

Questo metodo può essere utilizzato per determinare la presenza di alcuni gas atmosferici associati alla vita – come ossigeno o metano – perché questi gas lasciano segnali molto specifici nella luce. Può anche essere usato per rilevare strani colori sulla superficie del pianeta. Ad esempio, sulla Terra, le piante utilizzano la clorofilla e altri pigmenti e alghe nella fotosintesi a specifiche lunghezze d’onda della luce. Questi coloranti Produzione di colori distintivi Può essere rilevato utilizzando una sensibile telecamera a infrarossi. Se vedi questo colore riflettersi sulla superficie di un pianeta lontano, probabilmente indica la presenza di clorofilla.

Telescopi nello spazio e sulla Terra

Ci vuole un telescopio incredibilmente potente per rilevare questi sottili cambiamenti alla luce di un esopianeta potenzialmente abitabile. Attualmente, l’unico telescopio capace di una tale impresa è il New Telescope Telescopio spaziale James Webb. così com’è Le operazioni scientifiche sono iniziate Nel luglio 2022, James Webb ha tenuto una meravigliosa conferenza L’esopianeta Gasreus WASP-96b. Lo spettro ha mostrato la presenza di acqua e nuvole, ma è improbabile che un pianeta grande e caldo come WASP-96b ospiti vita.

Tuttavia, questi primi dati mostrano che James Webb è in grado di rilevare deboli segnali chimici alla luce degli esopianeti. Per i mesi successivi, Webb si stava trasformando in specchi TRAPPISTA-1eUn pianeta delle dimensioni della Terra potenzialmente abitabile a soli 39 anni luce dalla Terra.

Webb può cercare dati biometrici studiando e registrando i pianeti mentre passano davanti alle loro stelle ospiti La luce delle stelle attraversa l’atmosfera del pianeta. Ma Webb non è stato progettato per cercare la vita, quindi il telescopio è in grado di esaminare solo alcuni dei mondi potenzialmente abitabili più vicini. Può anche rilevare le modifiche apportate a: Livelli di anidride carbonica, metano e vapore acqueo nell’atmosfera. Sebbene alcune combinazioni di questi gas può suggerire la vitaWebb non è in grado di rilevare la presenza di ossigeno non legato, che è il più forte indicatore della vita.

I concetti pionieristici per i futuri telescopi spaziali, e anche più potenti, includono piani per bloccare la luce brillante proveniente dalla stella di Madre Terra per rilevare la luce stellare riflessa dal pianeta. Questa idea è simile all’usare la mano per bloccare la luce solare per vedere qualcosa di meglio da lontano. I futuri telescopi spaziali potrebbero utilizzare piccole maschere interne o un grande veicolo spaziale simile a un paracadute per questo scopo. Una volta che la luce delle stelle è bloccata, diventa molto più facile studiare la luce riflessa da un pianeta.

Attualmente ci sono anche tre enormi telescopi terrestri in costruzione che saranno in grado di cercare impronte biometriche: Telescopio gigante di Magellanoa Telescopio di trenta metri e il telescopio europeo molto grande. Ciascuno è molto più potente dei telescopi terrestri e, sebbene ostacolati dalla distorsione della luce stellare dell’atmosfera terrestre, questi telescopi potrebbero essere in grado di esplorare le atmosfere dei mondi più vicini in cerca di ossigeno.

È biologia o geologia?

Anche utilizzando i telescopi più potenti nei prossimi decenni, gli astrobiologi saranno in grado di rilevare solo le potenti biofirme prodotte da mondi completamente alterati dalla vita.

Sfortunatamente, la maggior parte dei gas rilasciati dalla vita terrestre può essere prodotta anche attraverso processi non biologici: mucche e vulcani rilasciano metano. La fotosintesi produce ossigeno, ma la luce solare si verifica anche quando divide le molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno. là Una buona opportunità per gli astronomi di scoprire alcuni falsi positivi Alla ricerca di una vita lontana. Per escludere falsi positivi, gli astronomi devono comprendere un pianeta interessante abbastanza bene da capire se lo è. I processi geologici o atmosferici possono simulare una biofirma.

La prossima generazione di studi sugli esopianeti ha il potenziale per aumentare il livello di Prove insolite La necessità di provare l’esistenza della vita. Il primo rilascio di dati dal James Webb Space Telescope ci dà un’idea degli entusiasmanti progressi in arrivo.

Chris EmbiIllustre Professore Universitario di Astronomia, Università dell’Arizona e il Daniele AbayProfessore di astronomia e scienze planetarie, Università dell’Arizona

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