Zoeken, luisteren en ruiken

"Binnen tien jaar zullen we overtuigend bewijs vinden van leven buiten de aarde", zei Ellen Stofan, wetenschappelijk directeur van het agentschap, op de NASA Habitable Worlds in Space Conference in april 2015. Ze voegde eraan toe dat onweerlegbare en bepalende feiten over het bestaan ​​van buitenaards leven binnen twintig tot dertig jaar zullen worden verzameld.

“We weten waar we moeten kijken en hoe we moeten kijken”, zei Stofan. "En aangezien we op de goede weg zijn, is er geen reden om eraan te twijfelen dat we zullen vinden wat we zoeken." Wat precies werd bedoeld met een hemellichaam, specificeerden vertegenwoordigers van het agentschap niet. Hun beweringen geven aan dat het bijvoorbeeld Mars zou kunnen zijn, een ander object in het zonnestelsel, of een soort exoplaneet, hoewel het in het laatste geval moeilijk te veronderstellen is dat sluitend bewijs binnen slechts één generatie zal worden verkregen. Zeker De ontdekkingen van de afgelopen jaren en maanden laten één ding zien: water - en in vloeibare toestand, wat wordt beschouwd als een noodzakelijke voorwaarde voor de vorming en het onderhoud van levende organismen - is overvloedig aanwezig in het zonnestelsel.

“In 2040 zullen we buitenaards leven hebben ontdekt”, herhaalde Seth Szostak van NASA van het SETI Instituut in zijn talrijke mediaverklaringen. We hebben het echter niet over contact met een buitenaardse beschaving - de afgelopen jaren zijn we gefascineerd door nieuwe ontdekkingen van precies de voorwaarden voor het bestaan ​​van leven, zoals vloeibare waterbronnen in de lichamen van het zonnestelsel, sporen van reservoirs en stromen. op Mars of de aanwezigheid van aardachtige planeten in de levenszones van sterren. We horen dus over de omstandigheden die bevorderlijk zijn voor het leven, en over sporen, meestal chemisch. Het verschil tussen het heden en wat er een paar decennia geleden gebeurde, is dat nu de voetafdrukken, tekenen en levensomstandigheden bijna nergens uitzonderlijk zijn, zelfs niet op Venus of in de ingewanden van de verre manen van Saturnus.

Het aantal hulpmiddelen en methoden dat wordt gebruikt om dergelijke specifieke aanwijzingen te ontdekken, groeit. We verbeteren de methoden van observeren, luisteren en detecteren in verschillende golflengten. Er is de laatste tijd veel gesproken over het zoeken naar chemische sporen, handtekeningen van leven, zelfs rond zeer verre sterren. Dit is onze "snuif".

Uitstekende Chinese luifel

Onze instrumenten zijn groter en gevoeliger. In september 2016 werd de reus in gebruik genomen. Chinese radiotelescoop SNELwiens taak het zal zijn om te zoeken naar tekenen van leven op andere planeten. Wetenschappers over de hele wereld hebben grote verwachtingen van zijn werk. “Het zal sneller en verder kunnen waarnemen dan ooit tevoren in de geschiedenis van buitenaardse verkenningen”, zegt Douglas Vakoch, voorzitter METI Internationaal, een organisatie die zich toelegt op de zoektocht naar buitenaardse vormen van intelligentie. FAST gezichtsveld zal twee keer zo groot zijn als Arecibo-telescoop in Puerto Rico, dat al 53 jaar voorop loopt.

De FAST-luifel (sferische telescoop met een opening van vijfhonderd meter) heeft een diameter van 500 m. Hij bestaat uit 4450 driehoekige aluminium panelen. Het beslaat een oppervlakte die vergelijkbaar is met dertig voetbalvelden. Om te kunnen werken heeft hij volledige stilte nodig binnen een straal van 5 km, daarom werden bijna 10 mensen uit de omgeving verplaatst. Mensen. De radiotelescoop bevindt zich in een natuurlijk zwembad in het prachtige landschap van groene karstformaties in de zuidelijke provincie Guizhou.

Voordat FAST echter goed kan monitoren op buitenaards leven, moet het eerst goed worden gekalibreerd. Daarom zullen de eerste twee jaar van zijn werk voornamelijk gewijd zijn aan voorbereidend onderzoek en regelgeving.

Miljonair en natuurkundige

Een van de bekendste recente projecten om te zoeken naar intelligent leven in de ruimte is een project van Britse en Amerikaanse wetenschappers, ondersteund door de Russische miljardair Yuri Milner. De zakenman en natuurkundige heeft honderd miljoen dollar uitgegeven aan onderzoek dat naar verwachting minstens tien jaar zal duren. “Op één dag zullen we net zoveel gegevens verzamelen als andere soortgelijke programma’s in een jaar tijd hebben verzameld”, zegt Milner. Natuurkundige Stephen Hawking, die bij het project betrokken is, zegt dat de zoektocht zinvol is nu er zoveel exoplaneten zijn ontdekt. ‘Er zijn zoveel werelden en organische moleculen in de ruimte dat het lijkt alsof daar leven kan bestaan’, merkte hij op. Het project zal de grootste wetenschappelijke studie tot nu toe worden genoemd, waarbij wordt gezocht naar tekenen van intelligent leven buiten de aarde. Onder leiding van een team van wetenschappers van de Universiteit van Californië, Berkeley, zal het ruime toegang hebben tot twee van de krachtigste telescopen ter wereld: groene bank in West-Virginia en Telescoop parken in Nieuw Zuid-Wales, Australië.

We kunnen een geavanceerde beschaving van veraf herkennen aan:

• de aanwezigheid van gassen, vooral luchtverontreinigende stoffen, chloorfluorkoolwaterstoffen, kooldioxide, methaan, ammoniak;
• lichten en reflecties van licht van objecten die door de beschaving zijn gebouwd;
• warmteafvoer;
• intense stralingsuitstoot;
• mysterieuze objecten - bijvoorbeeld grote stations en bewegende schepen;
• het bestaan ​​van structuren waarvan de vorming niet kan worden verklaard op basis van natuurlijke oorzaken.

Milner introduceerde een ander initiatief genaamd. Hij beloofde 1 miljoen dollar te betalen. prijzen voor degene die een speciale digitale boodschap creëert om de ruimte in te sturen die de mensheid en de aarde het beste vertegenwoordigt. En daar houden de ideeën van het duo Milner-Hawking niet op. Onlangs berichtten de media over een project waarbij een lasergestuurde nanosonde naar een sterrensysteem werd gestuurd dat snelheden bereikt van... een vijfde van de lichtsnelheid!

ruimtechemie

Niets is geruststellender voor degenen die op zoek zijn naar leven in de ruimte dan de ontdekking van bekende ‘bekende’ chemicaliën in de buitenste regionen van de ruimte. Zelfs wolken waterdamp "Hangend" in de ruimte. Een paar jaar geleden werd zo’n wolk ontdekt rond de quasar PG 0052+251. Volgens moderne kennis is dit het grootste bekende waterreservoir in de ruimte. Nauwkeurige berekeningen laten zien dat als al deze waterdamp zou condenseren, er 140 biljoen keer meer water zou zijn dan er water in alle oceanen van de aarde is. De massa van het "waterreservoir" tussen de sterren is 100 XNUMX. maal de massa van de zon. Dat er ergens water is, betekent niet dat daar leven is. Om te kunnen floreren moet aan veel verschillende voorwaarden worden voldaan.

De laatste tijd horen we vrij vaak over astronomische ‘vondsten’ van organische stoffen in afgelegen uithoeken van de ruimte. In 2012 ontdekten wetenschappers bijvoorbeeld op een afstand van ongeveer XNUMX lichtjaar van ons hydroxylaminedat is samengesteld uit atomen van stikstof, zuurstof en waterstof en, in combinatie met andere moleculen, theoretisch in staat is om de structuren van het leven op andere planeten te vormen.

Organische verbindingen in een protoplanetaire schijf rond de ster MWC 480.

Methylcyanide (CH₃CN) Ï cyaanacetyleen (JSC₃N) die zich in de protoplanetaire schijf rond de ster MWC 480 bevonden, ontdekt in 2015 door onderzoekers van het Amerikaanse Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), is een andere aanwijzing dat er mogelijk chemie in de ruimte aanwezig is met een kans op biochemie. Waarom is deze relatie zo’n belangrijke ontdekking? Ze waren aanwezig in ons zonnestelsel toen het leven op aarde werd gevormd, en zonder hen zou onze wereld er waarschijnlijk niet zo uitzien als nu. De ster MWC 480 zelf is twee keer zo zwaar als onze ster en staat ongeveer 455 lichtjaar van de zon, wat weinig is vergeleken met de afstanden in de ruimte.

Onlangs, in juni 2016, merkten onderzoekers van een team dat onder meer bestaat uit Brett McGuire van het NRAO Observatory en professor Brandon Carroll van het California Institute of Technology sporen op van complexe organische moleculen die behoren tot de zogenaamde chirale moleculen. Chiraliteit komt tot uiting in het feit dat het oorspronkelijke molecuul en zijn spiegelreflectie niet identiek zijn en, net als alle andere chirale objecten, niet kunnen worden gecombineerd door translatie en rotatie in de ruimte. Chiraliteit is kenmerkend voor veel natuurlijke verbindingen - suikers, eiwitten, enz. Tot nu toe hebben we er geen enkele gezien, behalve de aarde.

Deze ontdekkingen betekenen niet dat het leven zijn oorsprong vindt in de ruimte. Ze suggereren echter dat op zijn minst een deel van de deeltjes die nodig zijn voor zijn geboorte daar gevormd kunnen worden en vervolgens samen met meteorieten en andere objecten naar de planeten kunnen reizen.

kleuren van het leven

Verdiend Kepler-ruimtetelescoop heeft bijgedragen aan de ontdekking van meer dan honderd aardse planeten en heeft duizenden exoplaneetkandidaten. Vanaf 2017 is NASA van plan een andere ruimtetelescoop te gebruiken, de opvolger van Kepler. Doorreizende exoplaneetverkenningsatelliet, TESS. Zijn taak zal zijn om te zoeken naar planeten buiten het zonnestelsel die op doorreis zijn (dwz langs hun moedersterren). Door hem in een hoge elliptische baan rond de aarde te sturen, kun je de hele hemel scannen op zoek naar planeten die rond heldere sterren in onze directe omgeving draaien. De missie zal waarschijnlijk twee jaar duren, waarin ongeveer een half miljoen sterren zullen worden verkend. Hierdoor verwachten wetenschappers honderden planeten te ontdekken die op de aarde lijken. Verdere nieuwe tools zoals bijv. James Webb Ruimtetelescoop (James Webb Space Telescope) zou de reeds gedane ontdekkingen moeten volgen en onderzoeken, de atmosfeer moeten onderzoeken en moeten zoeken naar chemische aanwijzingen die later tot de ontdekking van leven zouden kunnen leiden.

Project Transiting Exoplanet Survey Satellite - Visualisatie

Voor zover we echter ongeveer weten wat de zogenaamde biosignaturen van het leven zijn (bijvoorbeeld de aanwezigheid van zuurstof en methaan in de atmosfeer), is het niet bekend welke van deze chemische signalen vanaf een afstand van tientallen en honderden lichtsignalen Jaren beslissen uiteindelijk over de kwestie. Wetenschappers zijn het erover eens dat de gelijktijdige aanwezigheid van zuurstof en methaan een sterke voorwaarde is voor leven, aangezien er geen niet-levende processen bekend zijn die beide gassen tegelijkertijd zouden produceren. Het blijkt echter dat dergelijke kenmerken kunnen worden vernietigd door exosatellieten, die mogelijk rond exoplaneten draaien (zoals ze doen rond de meeste planeten in het zonnestelsel). Want als de atmosfeer van de maan methaan bevat, en de planeten zuurstof, dan kunnen onze instrumenten (in het huidige stadium van hun ontwikkeling) deze combineren tot één zuurstof-methaansignatuur zonder de exomaan op te merken.

Misschien moeten we niet zoeken naar chemische sporen, maar naar kleur? Veel astrobiologen geloven dat halobacteriën tot de eerste bewoners van onze planeet behoorden. Deze microben absorbeerden het groene spectrum van straling en zetten dit om in energie. Aan de andere kant reflecteerden ze violette straling, waardoor onze planeet vanuit de ruimte precies die kleur had.

Om groen licht te absorberen worden halobacteriën gebruikt netvlies, d.w.z. visueel paars, dat kan worden aangetroffen in de ogen van gewervelde dieren. Na verloop van tijd begonnen de uitbuitende bacteriën echter de overhand te krijgen op onze planeet. chlorofyldie violet licht absorbeert en groen licht reflecteert. Daarom ziet de aarde er uit zoals ze eruitziet. Astrologen speculeren dat halobacteriën in andere planetaire systemen kunnen blijven groeien, dus speculeren ze zoek naar leven op paarse planeten.

Objecten van deze kleur zullen waarschijnlijk worden gezien door de eerder genoemde James Webb-telescoop, die naar verwachting in 2018 wordt gelanceerd. Dergelijke objecten kunnen echter worden waargenomen, op voorwaarde dat ze zich niet te ver van het zonnestelsel bevinden en dat de centrale ster van het planetenstelsel klein genoeg is om andere signalen niet te verstoren.

Andere oorspronkelijke organismen op een aardachtige exoplaneet zullen naar alle waarschijnlijkheid planten en algen. Omdat dit de karakteristieke kleur van het oppervlak betekent, zowel aarde als water, moet men op zoek gaan naar bepaalde kleuren die leven signaleren. Een nieuwe generatie telescopen zou het licht moeten detecteren dat wordt gereflecteerd door exoplaneten, waardoor hun kleuren zichtbaar zullen worden. Als je bijvoorbeeld de aarde vanuit de ruimte observeert, kun je een grote dosis straling zien. nabij-infraroodstralingdat is afgeleid van chlorofyl in de vegetatie. Dergelijke signalen, ontvangen in de buurt van een ster omringd door exoplaneten, zouden erop wijzen dat er ook iets zou kunnen groeien. Groen zou dit zelfs nog sterker suggereren. Een planeet bedekt met primitieve korstmossen zou zich in de schaduw bevinden gal.

Wetenschappers bepalen de samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten op basis van de bovengenoemde transit. Deze methode maakt het mogelijk om de chemische samenstelling van de atmosfeer van de planeet te bestuderen. Licht dat door de bovenste atmosfeer gaat, verandert zijn spectrum - de analyse van dit fenomeen levert informatie op over de daar aanwezige elementen.

Onderzoekers van University College London en de University of New South Wales publiceerden in 2014 in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences een beschrijving van een nieuwe, nauwkeurigere methode voor het analyseren van het voorkomen van methaan, het eenvoudigste organische gas, waarvan de aanwezigheid algemeen wordt erkend als een teken van potentieel leven. Helaas zijn moderne modellen die het gedrag van methaan beschrijven verre van perfect, dus de hoeveelheid methaan in de atmosfeer van verre planeten wordt meestal onderschat. Met behulp van de modernste supercomputers van het DiRAC ()-project en de Universiteit van Cambridge zijn ongeveer 10 miljard spectraallijnen gemodelleerd, die in verband kunnen worden gebracht met de absorptie van straling door methaanmoleculen bij temperaturen tot 1220 ° C . De lijst met nieuwe regels, ongeveer twee keer langer dan de vorige, zal een beter onderzoek mogelijk maken van het methaangehalte in een zeer breed temperatuurbereik.

Methaan signaleert de mogelijkheid van leven, terwijl een ander veel duurder gas is zuurstof - het blijkt dat er geen garantie is voor het bestaan ​​van leven. Dit gas op aarde is voornamelijk afkomstig van fotosynthetische planten en algen. Zuurstof is een van de belangrijkste tekenen van leven. Volgens wetenschappers kan het echter een vergissing zijn om de aanwezigheid van zuurstof te interpreteren als gelijkwaardig aan de aanwezigheid van levende organismen.

Recente studies hebben twee gevallen geïdentificeerd waarin de detectie van zuurstof in de atmosfeer van een verre planeet een valse indicatie kan geven van de aanwezigheid van leven. In beide gevallen werd zuurstof geproduceerd als gevolg van niet-abiotische producten. In een van de scenario's die we hebben geanalyseerd, kan ultraviolet licht van een ster kleiner dan de zon koolstofdioxide in de atmosfeer van een exoplaneet beschadigen, waardoor er zuurstofmoleculen vrijkomen. Computersimulaties hebben aangetoond dat het verval van CO₂ geeft niet alleen₂, maar ook een grote hoeveelheid koolmonoxide (CO). Als dit gas samen met zuurstof in de atmosfeer van de exoplaneet sterk wordt gedetecteerd, kan dit duiden op vals alarm. Een ander scenario betreft sterren met een lage massa. Het licht dat ze uitstralen draagt ​​bij aan de vorming van kortlevende O-moleculen.₄. Hun ontdekking naast O₂ het zou ook een alarm moeten veroorzaken voor astronomen.

Op zoek naar methaan en andere sporen

De belangrijkste manier van vervoer zegt weinig over de planeet zelf. Het kan worden gebruikt om de grootte en afstand tot de ster te bepalen. Een methode om de radiale snelheid te meten kan helpen de massa ervan te bepalen. De combinatie van beide methoden maakt het mogelijk de dichtheid te berekenen. Maar is het mogelijk om de exoplaneet nader te onderzoeken? Het blijkt dat dit zo is. NASA weet al hoe ze planeten als Kepler-7 b beter kunnen bekijken, waarvoor de telescopen Kepler en Spitzer zijn gebruikt om atmosferische wolken in kaart te brengen. Het bleek dat deze planeet te heet is voor de levensvormen zoals wij die kennen, met temperaturen variërend van 816 tot 982 °C. Alleen al het feit van een dergelijke gedetailleerde beschrijving ervan is een grote stap voorwaarts, aangezien we het hebben over een wereld die honderd lichtjaren van ons verwijderd is.

Adaptieve optica, die in de astronomie wordt gebruikt om verstoringen veroorzaakt door atmosferische trillingen te elimineren, zal ook van pas komen. Het gebruik ervan is om de telescoop met een computer te besturen om lokale vervorming van de spiegel (in de orde van enkele micrometers) te voorkomen, waardoor fouten in het resulterende beeld worden gecorrigeerd. Ja het werkt Gemini Planeetscanner (GPI) gevestigd in Chili. De tool werd voor het eerst gelanceerd in november 2013. GPI maakt gebruik van infrarooddetectoren, die krachtig genoeg zijn om het lichtspectrum van donkere en verre objecten zoals exoplaneten te detecteren. Dankzij dit is het mogelijk om meer over hun samenstelling te leren. De planeet werd gekozen als een van de eerste observatiedoelen. In dit geval werkt de GPI als een zonnecoronagraaf, wat betekent dat hij de schijf van een verre ster dimt om de helderheid van een nabijgelegen planeet weer te geven.

De sleutel tot het waarnemen van ‘tekenen van leven’ is het licht van een ster die rond de planeet draait. Exoplaneten die door de atmosfeer gaan, laten een specifiek spoor achter dat vanaf de aarde kan worden gemeten met behulp van spectroscopische methoden, d.w.z. analyse van straling die wordt uitgezonden, geabsorbeerd of verstrooid door een fysiek object. Een soortgelijke aanpak kan worden gebruikt om de oppervlakken van exoplaneten te bestuderen. Er is echter één voorwaarde. Oppervlakken moeten licht voldoende absorberen of verstrooien. Verdampende planeten, dat wil zeggen planeten waarvan de buitenste lagen in een grote stofwolk rondzweven, zijn goede kandidaten.

Het blijkt dat we elementen als bewolking van de planeet. Het bestaan ​​van een dicht wolkendek rond de exoplaneten GJ 436b en GJ 1214b werd vastgesteld op basis van een spectroscopische analyse van het licht van de moedersterren. Beide planeten behoren tot de categorie zogenaamde superaardes. GJ 436b bevindt zich op 36 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Leeuw. GJ 1214b bevindt zich in het sterrenbeeld Ophiuchus, op 40 lichtjaar afstand.

De European Space Agency (ESA) werkt momenteel aan een satelliet wiens taak het zal zijn om de structuur van reeds bekende exoplaneten nauwkeurig te karakteriseren en te bestuderen (CHEOPS). De lancering van deze missie staat gepland voor 2017. NASA wil op haar beurt in hetzelfde jaar de al genoemde TESS-satelliet de ruimte in sturen. In februari 2014 keurde de European Space Agency de missie goed PLATO, geassocieerd met het sturen van een telescoop de ruimte in, ontworpen om te zoeken naar aardachtige planeten. Volgens het huidige plan zou hij in 2024 moeten gaan zoeken naar rotsachtige objecten met watergehalte. Deze waarnemingen zouden ook moeten helpen bij de zoektocht naar de exomaan, op vrijwel dezelfde manier waarop de gegevens van Kepler werden gebruikt.

De Europese ESA ontwikkelde het programma enkele jaren geleden. Darwin. NASA had een soortgelijke "planetaire crawler". TPF (). Het doel van beide projecten was om planeten ter grootte van de aarde te onderzoeken op de aanwezigheid van gassen in de atmosfeer die wijzen op gunstige omstandigheden voor leven. Beiden bevatten gewaagde ideeën voor een netwerk van ruimtetelescopen die samenwerken bij de zoektocht naar aardachtige exoplaneten. Tien jaar geleden waren de technologieën nog niet voldoende ontwikkeld en werden programma's gesloten, maar niet alles was voor niets. Verrijkt door de ervaring van NASA en ESA werken ze momenteel samen aan de bovengenoemde Webb-ruimtetelescoop. Dankzij de grote spiegel van 6,5 meter is het mogelijk de atmosfeer van grote planeten te bestuderen. Hierdoor kunnen astronomen chemische sporen van zuurstof en methaan detecteren. Dit zal specifieke informatie zijn over de atmosfeer van exoplaneten - de volgende stap in het verfijnen van de kennis over deze verre werelden.

Bij NASA werken verschillende teams aan de ontwikkeling van nieuwe onderzoeksalternatieven op dit gebied. Een van deze minder bekende en nog in de beginfase is de . Het zal gaan over hoe je het licht van een ster kunt verduisteren met zoiets als een paraplu, zodat je de planeten aan de rand ervan kunt observeren. Door de golflengten te analyseren, zal het mogelijk zijn om de componenten van hun atmosfeer te bepalen. NASA zal het project dit jaar of volgend jaar evalueren en beslissen of de missie de moeite waard is. Als het begint, dan in 2022.

Beschavingen aan de rand van sterrenstelsels?

Het vinden van sporen van leven betekent bescheidener ambities dan de zoektocht naar hele buitenaardse beschavingen. Veel onderzoekers, waaronder Stephen Hawking, adviseren dit laatste niet – vanwege de potentiële bedreigingen voor de mensheid. In serieuze kringen wordt er doorgaans geen melding gemaakt van buitenaardse beschavingen, ruimtebroeders of intelligente wezens. Als we echter naar geavanceerde buitenaardse wezens willen zoeken, hebben sommige onderzoekers ook ideeën over hoe we de kansen om ze te vinden kunnen vergroten.

Bijvoorbeeld. Astrofysicus Rosanna Di Stefano van de Harvard Universiteit zegt dat geavanceerde beschavingen in dicht opeengepakte bolvormige sterrenhopen aan de rand van de Melkweg leven. De onderzoeker presenteerde haar theorie begin 2016 op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Astronomical Society in Kissimmee, Florida. Di Stefano rechtvaardigt deze nogal controversiële hypothese door het feit dat er aan de rand van onze Melkweg ongeveer 150 oude en stabiele bolvormige clusters zijn die een goede basis vormen voor de ontwikkeling van welke beschaving dan ook. Dicht bij elkaar geplaatste sterren kunnen veel dicht bij elkaar gelegen planetenstelsels betekenen. Zoveel sterren geclusterd in ballen vormen een goede basis voor succesvolle sprongen van de ene plaats naar de andere, terwijl een geavanceerde samenleving in stand wordt gehouden. De nabijheid van sterren in clusters zou nuttig kunnen zijn bij het in stand houden van leven, zei Di Stefano.