Анализ мутного тумана имитируемой атмосферы, созданной в лаборатории, станет важным шагом в направлении поиска инопланетян. Как вы, должно быть, знаете, космический телескоп Джеймса Уэбба будет изучать планетарные атмосферы в поисках сигналов. Но как понять, какая атмосфера сможет поддерживать жизнь?
Моделирование поможет установить модели атмосферы, которые могут существовать на дальних мирах, вращающихся вокруг звезд в других солнечных системах, говорит Сара Хёрст, доцент наук о Земле и планетах в Университете Джона Хопкинса.
«Одна из причин, по которым мы начали эту работу, состоит в том, чтобы понять, сделает ли слой тумана эти планеты более или менее пригодными для жизни», говорит Хёрст. Работа была опубликована в Nature Astronomy.
Поиск «отпечатков пальцев»
Планетологи и астрономы используют современные телескопы, чтобы узнать, какие газы входят в состав атмосфер экзопланет. «У каждого газа есть уникальный отпечаток», говорит Хёрст. «Если вы измерите достаточно большой спектральный диапазон, вы сможете понять, как все эти отпечатки накладываются друг на друга».
Современные телескопы, однако, не работают с каждым типом экзопланет, поскольку не справляются с туманными атмосферами. Туман состоит из твердых частиц, взвешенных в газе, меняющих то, как свет взаимодействует с этим газом. Это забивание спектральных отпечатков усложняет измерение состава газа.
Ученые предположили, что слой примитивного тумана, похожего на озоновый слой, защищающий Землю от вредоносного излучения, мог бы экранировать жизнь с самого ее появления. Это имело бы смысл для поиска инопланетной жизни. Хёрст считает, что ее лабораторные имитации могут помочь экзопланетологам определить, какие типы атмосфер вероятнее всего будут туманными.
Экзопланеты, как правило, больше Земли и меньше Нептуна. Поскольку планет этого класса в нашей Солнечной системе не обнаружено, наше ограниченное знание усложняет их исследование.
Благодаря запуску телескопа Уэбба в следующем году, ученые надеются изучить атмосферы экзопланет в подробностях. Новый инфракрасный телескоп сможет заглянуть обратно во времени еще дальше, чем Хаббл, со светособирательной поверхностью в 6,25 раза больше. Вращаясь вокруг Солнца на расстоянии полутора миллиона километров от Земли, телескоп поможет исследователям измерить состав атмосфер экзопланет и даже найти строительные кирпичики жизни, если удастся.
«Отчасти мы пытаемся помочь людям в выборе места изучения», говорит Хёрст.
Миниатюрные атмосферы
Используя компьютерные модели, команда Хёрст собрала вместе набор атмосферных составов, которые моделируют сеперземли или мини-нептуны. Меняя уровни содержания трех доминирующих газов (двуокись углерода, водород и газообразная вода), четырех других газов (гелий, моноксид углерода, метан и азот) и три набора температур, они собрали девять различных «планет».
Затем ученые создали предложенные атмосферы, смешивая газы в камере и нагревая их. В течение трех дней нагретая смесь протекала через плазменную установку, которая инициировала химические реакции внутри камеры.
«Энергия разбивает молекулы газа, с которых мы начинаем. Они реагируют друг с другом и производят новые молекулы, иногда производят твердую частицу (образуя туман), иногда нет», говорит Хёрст.
«Фундаментальный вопрос этой работы звучит так: какая из этих смесей газов — из этих атмосфер — будет туманной?», спрашивает Хёрст.
Все девять вариантов, как выяснили ученые, были хоть немного туманными. Сюрприз заключался в том, какие комбинации выдавали больше. Команда обнаружила самые мутные частицы в двух атмосферах, в которых преобладала вода.
«Долгое время мы считали, что химия метана была единственным правильным путем для создания тумана, но теперь мы знаем, что это не так», говорит Хёрст, ссылаясь на химию, богатую как водородом, так и углеродом.
Следующим шагом для группы Хёрст станет анализ различных видов тумана, определяющий, как цвет и размер частиц влияет на взаимодействие частиц со светом. Они также планируют опробовать другие соединения, температуру, источники энергии и проверить соединение, произведенное туманом.