Астрономы предложили способ оценивать количество кислорода в атмосфере далёких экзопланет по особенностям их спектра. Метод может помочь понять, похожа ли атмосфера землеподобного мира на земную и заслуживает ли она дальнейшего изучения в поисках внеземной жизни.
Почему важна доля кислорода
Само обнаружение кислорода ещё не будет доказательством существования жизни. Этот газ способен накапливаться в атмосфере и без биологических процессов — например, когда излучение звезды расщепляет молекулы воды. В результате может образоваться большое количество кислорода, который станет основным компонентом атмосферы.
На Земле кислород составляет около 20 процентов воздуха. Именно такая доля была бы особенно интересна для астробиологов: она могла бы указывать на сценарий, напоминающий земной, хотя и не подтверждала бы наличие жизни. При этом первые два миллиарда лет истории Земли кислорода в атмосфере почти не было, а анаэробные микроорганизмы существовали.
Проблема заключается в том, что обычный спектр экзопланеты может выглядеть почти одинаково при разной концентрации кислорода, если этого газа достаточно много. Поэтому по одной лишь заметной кислородной характеристике бывает трудно определить, сколько его содержится в атмосфере.
Следы столкновений молекул
Исследователи из Лаборатории реактивного движения NASA и Швейцарской высшей технической школы Цюриха обратили внимание на поведение молекул кислорода при столкновениях. В такие моменты они на очень короткое время поглощают свет немного иначе. Чем выше концентрация кислорода, тем чаще происходят столкновения и тем заметнее их след в спектре.
При разложении света планеты на спектр это должно проявляться в виде особых «провалов». Если они выражены сильно, кислород может составлять более половины атмосферы. В таком случае его происхождение, вероятно, не связано с биологическими процессами. Слабые, но различимые провалы будут больше соответствовать доле кислорода, близкой к земной, и сделают планету интересной для дальнейших поисков жизни.
Когда метод можно будет применить
Пока предложенный подход нельзя проверить на реальных землеподобных мирах: у астрономов ещё нет подтверждённой планеты такого типа с обнаруженным кислородом в атмосфере. Для твёрдых планет вообще сложно надёжно определить наличие атмосферы. В качестве интересного кандидата упоминается суперземля LHS 1140 b, расположенная в 48 световых годах от Земли, однако интерпретация данных о ней остаётся спорной.
Исследователи рассчитывают, что метод пригодится будущей Обсерватории обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory, HWO), которую планируют запустить в 2040-х годах. Телескоп должен закрывать свет звезды коронографом и анализировать отражённое планетой излучение. Это позволит получать более качественные спектры, чем при большинстве нынешних наблюдений транзитным методом.
