Při hledání mimozemského života budou astronomové hledat stopy v atmosférách vzdálených planet, a vesmírný teleskop Jamese Webba právě dokázal, že je to možné

Ingredience pro život jsou rozšířeny po celém vesmíru. Zatímco Země je jediným známým místem ve vesmíru s životem, odhalení života mimo Zemi je hlavním cílem moderní astronomie a planetární vědy, napsal server theconversation.com.

Jsme dva vědci, kteří studují exoplanety a astrobiologii. Z velké části díky dalekohledům nové generace, jako je James Webb, budou výzkumníci jako my brzy schopni měřit chemické složení atmosfér planet kolem jiných hvězd. Doufáme, že jedna nebo více těchto planet bude mít chemický podpis života.

Obyvatelné exoplanety

Život může existovat ve sluneční soustavě, kde je kapalná voda, jako podpovrchové vodonosné vrstvy na Marsu nebo v oceánech Jupiterova měsíce Europa. Hledání života v těchto místech je však neuvěřitelně obtížné, protože jsou těžko dostupná a odhalení života by vyžadovalo odeslání sondy, která by vrátila fyzické vzorky.

Mnoho astronomů věří, že existuje velká šance, že na planetách obíhajících kolem jiných hvězd existuje život, a je možné, že právě tam bude život poprvé nalezen.

Teoretické výpočty naznačují, že v samotné galaxii Mléčné dráhy je kolem 300 milionů potenciálně obyvatelných planet a několik obyvatelných planet velikosti Země ve vzdálenosti pouhých 30 světelných let od Země. Jsou to v podstatě galaktičtí sousedé lidstva. Dosud astronomové objevili přes 5 000 exoplanet, včetně stovek potenciálně obyvatelných, pomocí nepřímých metod, které měří, jak planeta ovlivňuje svou blízkou hvězdu. Tato měření mohou astronomům poskytnout informace o hmotnosti a velikosti exoplanety, ale nic jiného.

Hledání biologických podpisů

K detekci života na vzdálené planetě budou astrobiologové studovat světlo hvězd, které interagovalo s povrchem nebo atmosférou planety. Pokud byla atmosféra nebo povrch přeměněn životem, světlo může nést stopu, nazývanou „biosignatura“.

První polovinu své existence měla Země atmosféru bez kyslíku, i když na ní byl jednoduchý, jednobuněčný život. Biosignatura Země byla během této rané éry velmi slabá. To se náhle změnilo před 2,4 miliardami let, kdy se vyvinula nová rodina řas. Řasy využívaly proces fotosyntézy, který produkuje volný kyslík. Kyslík, který není chemicky vázán na žádný jiný prvek. Od té doby zemská atmosféra plná kyslíku zanechala silný a snadno zjistitelný biologický podpis na světle, které jí prochází.

Když se světlo odrazí od povrchu materiálu nebo prochází plynem, určité vlnové délky světla pravděpodobně zůstanou zachyceny v plynu nebo povrchu materiálu než jiné. Toto selektivní zachycení vlnových délek světla je důvodem, proč mají objekty různé barvy. Listy jsou zelené, protože chlorofyl je zvláště dobrý při absorpci světla v červené a modré vlnové délce. Když světlo dopadá na list, červené a modré vlnové délky jsou absorbovány, takže většinou zelené světlo se odrazí zpět do vašich očí.

Vzor chybějícího světla je určen specifickým složením materiálu, se kterým světlo interaguje. Díky tomu se astronomové mohou dozvědět něco o složení atmosféry nebo povrchu exoplanet tím, že v podstatě změří konkrétní barvu světla, které z planety pochází.

Tuto metodu lze použít k rozpoznání přítomnosti určitých atmosférických plynů, které jsou spojeny se životem, jako je kyslík nebo metan, protože tyto plyny zanechávají na světle velmi specifické znaky. Dalo by se také použít k detekci zvláštních barev na povrchu planety. Na Zemi například chlorofyl a další pigmenty používané rostlinami a řasami pro fotosyntézu zachycují specifické vlnové délky světla. Tyto pigmenty produkují charakteristické barvy , které lze detekovat pomocí citlivé infračervené kamery. Pokud byste viděli tuto barvu odrážející se od povrchu vzdálené planety, potenciálně by to znamenalo přítomnost chlorofylu.

Dalekohledy ve vesmíru a na Zemi

Foto: Webb 06/NASA
Vesmírný dalekohled Jamese Webba je prvním dalekohledem, který dokáže detekovat chemické podpisy z exoplanet, ale jeho možnosti jsou omezené. 

Detekce těchto jemných změn světla přicházejícího z potenciálně obyvatelné exoplanety vyžaduje neuvěřitelně výkonný dalekohled. V současnosti je jediným dalekohledem, který je schopen takového výkonu, nový vesmírný dalekohled Jamese Webba. Když v červenci 2022 zahájila vědecké operace, James Webb provedl čtení spektra plynné obří exoplanety WASP-96b. Spektrum ukázalo přítomnost vody a mraků, ale planeta tak velká a horká jako WASP-96b pravděpodobně nebude hostitelem života.

Tato časná data však ukazují, že James Webb je schopen detekovat slabé chemické podpisy ve světle pocházejícím z exoplanet. V nadcházejících měsících má Webb natočit svá zrcadla směrem k TRAPPIST-1e, potenciálně obyvatelné planetě velikosti Země vzdálené pouhých 39 světelných let od Země.

Webb může hledat biologické podpisy studiem planet, které procházejí před svými hostitelskými hvězdami, a zachycováním světla hvězd, které proniká atmosférou planety. Webb ale nebyl navržen tak, aby hledal život, takže dalekohled je schopen zkoumat pouze několik nejbližších potenciálně obyvatelných světů. Může také detekovat pouze změny atmosférických hladin oxidu uhličitého, metanu a vodní páry. Zatímco určité kombinace těchto plynů mohou naznačovat život, Webb není schopen detekovat přítomnost nevázaného kyslíku, což je nejsilnější signál pro život.

Mezi přední koncepty budoucích, ještě výkonnějších vesmírných teleskopů patří plány na blokování jasného světla hostitelské hvězdy planety, aby se odhalilo světlo hvězd odražené zpět od planety. Tato myšlenka je podobná použití ruky k zablokování slunečního světla, abyste lépe viděli něco v dálce. Budoucí vesmírné teleskopy by k tomu mohly používat malé vnitřní masky nebo velké vnější kosmické lodě podobné deštníkům. Jakmile je světlo hvězd zablokováno, je mnohem snazší studovat světlo odrážející se od planety.

V současné době jsou také ve výstavbě tři obrovské pozemské dalekohledy, které budou schopny vyhledávat biologické podpisy: Giant Magellen Telescope, Thirty Meter Telescope a European Extremely Large Telescope. Každý z nich je mnohem výkonnější než existující dalekohledy na Zemi a navzdory handicapu, že zemská atmosféra zkresluje světlo hvězd, mohou být tyto dalekohledy schopny sondovat v atmosférách nejbližších světů kyslík.

Je to biologie nebo geologie?

I pomocí nejvýkonnějších dalekohledů nadcházejících desetiletí budou astrobiologové schopni detekovat pouze silné biologické podpisy vytvořené světy, které byly zcela transformovány životem.

Bohužel většina plynů uvolněných pozemským životem může být také produkována nebiologickými procesy – krávy i sopky uvolňují metan. Fotosyntéza produkuje kyslík, ale také sluneční světlo, když štěpí molekuly vody na kyslík a vodík. Je velká šance, že astronomové při hledání vzdáleného života odhalí nějaké falešně pozitivní nálezy. Aby astronomové pomohli vyloučit falešně pozitivní výsledky, budou muset porozumět planetě, která je zajímá, dostatečně dobře, aby pochopili, zda její geologické nebo atmosférické procesy mohou napodobovat biologický podpis.

Nová generace studií exoplanet má potenciál překonat laťku mimořádných důkazů potřebných k prokázání existence života. První zveřejnění dat z vesmírného dalekohledu Jamese Webba nám dává tušit vzrušující pokrok, který brzy přijde.

Zdroj: theconversation