Postoji tisuće poznatih egzoplaneta, a milijuni drugih čekaju na otkriće. Ipak, ogromna većina tih egzoplaneta nije pogodna za život. Za one rijetke koje bi mogle biti nastanjive, njihovu pogodnost možemo procijeniti jedino analizom njihovih atmosfera. U tom kontekstu, teleskop LIFE (Veliki Interferometar za Egzoplanete) predstavlja značajan alat.
Potraga za biopotpisima na egzoplanetima koji bi potencijalno mogli podržavati život postaje sve dinamičnija. Kako prenosi Universe Today, iako je James Webb Space Telescope (JWST) već uspješno analizirao nekoliko spektara atmosfere egzoplaneta, zahtjevi za njegovo vrijeme promatranja su ogromni zbog raznolikosti misija koje obavlja. U tom kontekstu, specijalizirani svemirski teleskop nazvan LIFE posvećuje se istraživanju biopotpisa egzoplaneta. Nedavno provedeno testiranje njegove efikasnosti usmjereno je na ključno pitanje: sposobnost detekcije biopotpisa naše vlastite planete, Zemlje.
Kao interferometar, LIFE se sastoji od pet odvojenih teleskopa koji zajednički djeluju kako bi proširili efektivnu veličinu teleskopa. Projekt LIFE razvija ETH Zurich (Savezni tehnološki institut u Zürichu), u Švicarskoj. Teleskop će promatrati u području srednjeg infracrvenog spektra, gdje su vidljive spektralne linije ključnih biokemijskih pokazatelja poput ozona, metana i dušikova oksida. LIFE će biti pozicioniran na Lagrangeovoj točki 2, oko 1,5 milijuna km od Zemlje, gdje se trenutno nalazi i JWST. S te strategičke pozicije promatrat će izabrane ciljeve egzoplaneta u potrazi za biopotpisima. “Naš cilj je detektirati kemijske spojeve u spektru svjetlosti koji upućuju na postojanje života na egzoplanetima,” pojašnjava Sascha Quanz, profesor za egzoplanete i nastanjivost na ETH Zurichu, koji predvodi inicijativu LIFE.
Konceptualna faza
LIFE je zasad još uvijek u konceptualnoj fazi, a istraživači su željeli testirati njegove performanse. Budući da teleskop još nije izgrađen, tim istraživača iskoristio je atmosferu Zemlje kao test slučaj. Promatrali su Zemlju kao da je egzoplanet te testirali metode LIFE-a protiv poznatog spektra atmosfere Zemlje u različitim uvjetima. Za rad s podacima koristili su alat pod nazivom LIFEsim. Iako istraživači često koriste simulirane podatke za testiranje sposobnosti misija, ovaj put su koristili stvarne podatke.
Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu The Astronomical Journal, a predvodi ga dr. Daniel Angerhausen, astrofizičar i astrobiolog na ETH u Zürichu. U realnosti, za teleskop poput LIFE-a, Zemlja bi se činila kao udaljena, tek jedva zamjetna točkica. LIFE bi, zapravo, mogao registrirati samo spektralni otisak atmosfere planeta, koji bi varirao ovisno o specifičnim segmentima planeta koje teleskop zahvati u svoje promatranje, te, što je iznimno važno, o trajanju tog promatranja. Ti bi spektri bili prikupljeni tijekom vremena, što postavlja važno pitanje: kako bi geometrija promatranja i sezonske varijacije utjecale na promatranja LIFE-a?
Srećom za istraživački tim, imamo obilje promatranja Zemlje koja su im na raspolaganju. Istraživači su radili s tri različita načina promatranja: dva s polova i jedan s ekvatorskog područja. Iz tih triju perspektiva radili su s atmosferskim podacima iz siječnja i srpnja, pokrivajući najveće sezonske varijacije. Iako su atmosfere planeta izuzetno složene, astrobiolozi se usredotočuju na određene aspekte kako bi otkrili potencijal planeta za podržavanje života. Posebno su zainteresirani za kemijske spojeve N2O, CH3Cl i CH3Br (dušikov oksid, klorometan i bromometan), koji mogu biti biogenički proizvedeni.
“Koristimo niz scenarija izvedenih iz modela kemijske kinetike koji simuliraju atmosferski odgovor na različite razine biogeničke proizvodnje N2O, CH3Cl i CH3Br u atmosferama terestričkih planeta bogatih kisikom za generiranje prediktivnih modela za naš simulator promatranja LIFEsim,” navode autori. Konkretno, istraživači su željeli saznati može li LIFE detektirati CO2, vodu, ozon i metan na Zemlji s udaljenosti od otprilike 30 svjetlosnih godina.
Ovi elementi signaliziraju postojanje svijeta pogodnog za život, osobito zbog prisutnosti ozona i metana, koji su na Zemlji rezultat biološke aktivnosti. Stoga, ako LIFE može detektirati takvu biokemiju na Zemlji, postoji mogućnost detekcije sličnih tragova života i na drugim planetima. LIFE je uspješno identificirao prisutnost CO2, vode, ozona i metana u Zemljinoj atmosferi. Dodatno, instrument je otkrio i određene površinske karakteristike koje upućuju na postojanje tekuće vode. Posebno je značajno to što sposobnost detekcije LIFE-a nije bila ograničena kutom promatranja Zemlje. Ovaj podatak je ključan s obzirom na to da unaprijed ne možemo znati iz kojih će kutova LIFE promatrati egzoplanete.
Sezonske fluktuacije
Sezonske promjene predstavljale su izazov u promatranju, budući da nisu bile lako uočljive. Ipak, prema dostupnim informacijama, ovaj izazov ne bi trebao predstavljati značajnu prepreku. “Iako sezonska varijabilnost atmosfere možda nije izravno očita, naše istraživanje ukazuje na to da buduće misije imaju potencijal procijeniti mogućnost nastanjivosti, pa čak i naseljenosti, obližnjih terestričkih egzoplaneta s umjerenim temperaturama,” naglašava Quanz.
Međutim, samo detekcija željenih kemijskih spojeva nije dovoljna. Ključni element je vrijeme potrebno za detekciju. Izgradnja svemirskog interferometra koji bi detektirao te spojeve, ali bi za to trebalo previše vremena, ne bi bila praktična niti učinkovita. “Rezultate koristimo za određivanje potrebnog vremena promatranja za detekciju ovih scenarija i primjenjujemo ih za definiranje znanstvenih zahtjeva misije,” navodi istraživački tim u svojem radu.
Za bolje razumijevanje vremena promatranja koje LIFE zahtijeva, istraživači su razvili popis ciljanih egzoplaneta. Kreirali su “… raspodjelu udaljenosti nastanjive zone planeta promjera između 0,5 i 1,5 Zemljinih radijusa oko M i FGK tipova zvijezda unutar 20 parseka od Sunca, detektibilnih teleskopom LIFE.” Podaci za te ciljeve dolaze od NASA-e i iz drugih prethodnih istraživanja.
Rezultati pokazuju da će za neke ciljeve biti potrebno samo nekoliko dana promatranja, dok bi za druge moglo trebati do 100 dana za otkrivanje relevantnih koncentracija.
Ono što tim naziva “zlatnim ciljevima” su planeti najlakši za promatranje. Planete u sustavu Proxima Centauri su primjer takvih ciljeva. Za te planete potrebno je samo nekoliko dana promatranja. Za promatranje “određenih standardnih scenarija, kao što su umjereno topli terestrički planeti oko domaćina zvijezde tipa M na udaljenosti od pet parseka,” potrebno je otprilike deset dana promatranja teleskopom LIFE, navode istraživači. Najizazovniji, ali još uvijek izvodljivi slučajevi, su egzoplaneti koji su Zemljini blizanci na udaljenosti od 5 parseka. Prema rezultatima, LIFE-u bi bilo potrebno između 50 i 100 dana promatranja za detekciju biopotpisa.
Iako je LIFE trenutno još uvijek u fazi koncepta, nije prva misija koja je isključivo usmjerena na istraživanje nastanjivosti egzoplaneta. Godine 2023., NASA je predložila Opservatorij za nastanjive svjetove (HWO), čiji je cilj izravno snimiti najmanje 25 potencijalno nastanjivih svjetova te zatim tražiti biopotpise u njihovim atmosferama. No, prema autorima, njihovi rezultati pokazuju da je LIFE najbolja opcija za takvu misiju.
“Ako u sunčevom susjedstvu postoje sustavi egzoplaneta oko zvijezda kasnog tipa s planetima koji pokazuju globalne biosfere koje proizvode N2O i CH3X signale, LIFE će biti najprikladnija buduća misija za sustavno traženje i eventualno otkrivanje takvih biopotpisa,” zaključuju autori.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
