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

componenti della vita diffuso in tutto l’universo. Mentre la Terra è l’unico luogo conosciuto nell’universo in cui esiste la vita, la scoperta della vita extraterrestre lo è L’obiettivo principale Da astronomia moderna E il scienza planetaria.

Siamo due studiosi che studiano pianeti esterni E il astrobiologia. 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.

Ci sono diversi esopianeti conosciuti in zone abitabili – orbite non troppo vicino a una stella d’acqua bollente ma non lontano da un pianeta ghiacciato – mostrati in verde sia per il sistema solare che per il sistema stellare Kepler-186 con i suoi pianeti etichettati b, c, d , e, E il. Credito immagine: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Pianeti esterni abitabili

vita 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, poiché è difficile raggiungere e rilevare la vita richiede l’invio di 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 stelleE questo potrebbe essere il posto giusto La vita sarà trovata prima.

I calcoli teorici indicano che c’è qualcosa di vicino 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, essenzialmente 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.

Ogni materiale assorbe determinate lunghezze d’onda della luce, come mostrato in questo diagramma che illustra le lunghezze d’onda della luce prontamente assorbita da diversi tipi di clorofilla. Credito immagine: Daniele Puglisi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Alla ricerca di firme biologiche

Per scoprire la vita su un pianeta lontano, gli astrobiologi studieranno la luce stellare esistente Interagisci con la superficie o l’atmosfera del pianeta. Se l’atmosfera o la superficie vengono trasformate dalla vita, la luce può portare un indizio chiamato “biofirma”.

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Durante la prima metà della sua esistenza, la Terra aveva un’atmosfera priva di ossigeno, sebbene ospitasse vita semplice e unicellulare. L’impronta vitale della Terra era molto debole durante questa prima era. Improvvisamente è cambiato 2,4 miliardi di anni fa Quando si è evoluta 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 in poi, l’atmosfera piena di ossigeno della Terra ha lasciato un’impronta vitale forte e facilmente rilevabile sulla luce che la attraversa.

Quando la luce rimbalza sulla superficie di un materiale o passa attraverso un gas, è più probabile che alcune lunghezze d’onda rimangano intrappolate nel gas o nella superficie del materiale rispetto ad altre. Questo adattamento selettivo 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, lasciando la maggior parte della luce verde che rimbalza 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 imparare qualcosa sulla composizione dell’atmosfera o della superficie di un esopianeta misurando il colore specifico della luce che proviene da un pianeta.

Questo metodo può essere utilizzato per identificare 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 di un pianeta. Sulla Terra, ad esempio, le piante clorofilla e altri pigmenti e le alghe nella fotosintesi utilizzano lunghezze d’onda della luce specifiche. 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.

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Telescopi nello spazio e sulla Terra

Il James Webb Space Telescope è il primo telescopio in grado di rilevare segnali chimici da esopianeti, ma ha capacità limitate. Credito immagine: NASA/Wikimedia Commons

Ci vuole un telescopio incredibilmente potente per rilevare questi sottili cambiamenti nella luce di un esopianeta potenzialmente abitabile. Attualmente, l’unico telescopio capace di una tale impresa è il nuovo telescopio Telescopio spaziale James Webb. così com’è Iniziano le operazioni scientifiche Nel luglio 2022, James Webb ha condotto una lettura carina Esopianeta gigante gassoso 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. Nei mesi a venire, Webb avrebbe dovuto rivolgere i suoi specchi verso TRAPPISTA-1eun pianeta delle dimensioni della Terra potenzialmente abitabile a soli 39 anni luce dalla Terra.

Webb può cercare dati biometrici studiando e catturando i pianeti mentre passano davanti alle loro stelle ospiti Luce stellare che scorre nell’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. Mentre alcune combinazioni di questi gas Potrebbe suggerire la vitaWebb non è in grado di rilevare la presenza di ossigeno non legato, che è la più forte indicazione di vita.

I concetti pionieristici per i futuri telescopi spaziali, e ancora più potenti, includono piani per bloccare la luce brillante della stella ospite della Terra per rilevare la luce stellare riflessa dal pianeta. Questa idea è simile all’usare la mano per bloccare la luce solare per vedere meglio qualcosa da lontano. I futuri telescopi spaziali potrebbero utilizzare piccole maschere per interni o un grande veicolo spaziale esterno simile a un paracadute per farlo. Una volta che la luce delle stelle è bloccata, è molto più facile studiare la luce che rimbalza su un pianeta.

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Ci sono anche tre enormi telescopi terrestri attualmente in costruzione che saranno in grado di cercare impronte biometriche: Telescopio gigante di MagellanoIl Telescopio di trenta metri e il telescopio europeo molto grande. Ciascuno è molto più potente dei telescopi sulla Terra e, sebbene ostruiti dalla luce stellare distorcente dell’atmosfera terrestre, questi telescopi potrebbero essere in grado di esplorare le atmosfere dei mondi più vicini in cerca di ossigeno.

Gli animali, comprese le mucche, producono metano, così come molti processi geologici. Credito immagine: Jernej Furman/Wikimedia Commons, CC DI

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 lo fa anche la luce solare quando divide le molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno. là Una buona occasione per gli astronomi di individuare alcuni falsi positivi Quando cerchi una vita lontana. Per aiutare a escludere i falsi positivi, gli astronomi dovranno 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 trascendere il livello di Prove insolite Necessità di dimostrare l’esistenza della vita. Il primo rilascio di dati dal telescopio spaziale James Webb ci dà un’idea degli entusiasmanti progressi che stanno arrivando presto.Conversazione

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

Questo articolo è stato ripubblicato da Conversazione Sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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