Жизнь вне Земли

Признаки внеземной жизни были обнаружены на далекой экзопланете, известной,
 как K2-18bс помощью новейшего космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST). Открытие было сделано методом инфракрасной спектрографии, который позволил выявить в атмосфере K2-18b наличие метана и диметилсульфида, который на Земле производят только живые организмы.

Экзопланета K2-18b вращается вокруг звезды в созвездии Льва. Родительской звездой планеты является красный карлик под названием К2-18. Эта звезда тусклее и холоднее Солнца. То есть вращающиеся вокруг нее планеты должны быть расположены к ней намного ближе, чем Земля к Солнцу, чтобы получить такой же объем света, который получает Земля.

Расстояние между планетой  и звездой составляет всего 16% расстояния от Земли до Солнца. Также было рассчитано, что общее количество энергии, которую К2-18 излучает в секунду, составляет 2,3 процента от аналогичного показателя Солнца. Учитывая расстояния, это означает, что экзопланета K2-18b получает около 1,22 киловатта звездной энергии на один квадратный метр своей поверхности. Для сравнения, Земля, в среднем, получает 1,36 кВт солнечной энергии, то есть показатели сопоставимы.Но судя по составу атмосферы для K2-18b характерен мощный парниковый эффект. По диаметрупланета в 2,6 раза больше Земли, а по массе в 8,6 раз тяжелее.При этом её средняя плотность составляет всего 2,4 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения: на Земле 5,5.По мнению ученых, K2-18b имеет твердое каменное ядро, но покрыто толстой мантией настоящей воды,частично в виде льда, частично в жидком состоянии.

Ученые пришли к выводу, что наблюдаемая экзопланета находится в обитаемой зоне своей звезды – так называется расстояние от звезды, на котором при средней температуре на поверхности вода может находиться в жидком состоянии. Еще в 2019 году космический телескоп Хаббл обнаружил на K2-18b признаки водяного пара. Удалось определить, что атмосфера этой планеты содержит от 20 до 50 процентов водяного пара. В атмосфере Земли, кстати, от 0,2 до 2,5 процента. Это означает, что К2-18 b – еще более влажный и водянистый мир, чем наш. Считается планетой-океаном.Последующие наблюдения указали на то, что на поверхности этой экзопланеты не просто может присутствовать жидкая вода, а что на ней, вероятно, существуют крупные океаны.

И вот теперь JWST обнаружил в атмосфере интригующей экзопланеты углекислый газ, метан и соединение, известное как диметилсульфид (рис. 2). Последнее особенно заинтересовало ученых, поскольку на Земле это вещество не производится никаким образом, кроме как в результате жизнедеятельности. В основном это продукт морского фитопланктона, то есть микроводорослей, а также выделяется бактериями в канализацию и сточные воды.

Рис. 2. Формула диметилсульфида

В принципе, даже метан является неким поводом подозревать, что на планете может существовать жизнь, ведь здесь, на Земле, его активно выделяют наши микроскопические обитатели.Однако у него есть и небиологические источники, поэтому наличие метана пока не является достаточно веским аргументом в пользу внеземной жизни. А вот довольно вонючая бесцветная жидкость под названием диметилсульфид действительно является очень серьезным аргументом в пользу обитаемости К2-18 b.Иными словами, телескоп Уэбба помог найти сразу несколько химических маркеров, которые мы ассоциируем с жизнью. Причем один из них, согласно нашим представлениям, не может быть создан естественным природным путем без существования известной нам формы жизни.

Близость этой экзопланеты к звезде позволяет подозревать, что она вращается вокруг нее, все времяповернувшись на нее одной стороной (как Луна вокруг Земли). Это называется приливным захватом. И тогда вполне может быть, что океан плещется именно на территории вечного дня, а в половине бесконечной ночи такая же бесконечная вечная мерзлота. Наиболее комфортные для жизни условия на этой огромной планете, площадь которой в 7 раз больше чем поверхность Земли, будут вблизи границы между «дневной» и «ночной» сторонами.

Недавно был предложен новый класс пригодных для жизни экзопланет, называемых мирами Гицея, которые определяются как миры с умеренным климатом, покрытые океанами, с атмосферами, богатыми вордородом. Их большие размеры и протяженная атмосфера, по сравнению со скалистыми планетами той же массы, делают гайсианские миры значительно более доступен для атмосферной спектроскопии с помощью JWST. Здесь мы сообщаем о спектре пропускания планеты-кандидата Hycean, K2-18 b, наблюдаемом приборами JWST NIRISS и NIRSpec в диапазоне 0,9-5,2 мкм (рис. 3).

Рис. 3. Характеристики пропускания света, прошедшего атмосферу K2-18b

Спектр показывает сильное обнаружение метана (CH4) и углекислого газа (CO2) с достоверностью 5σ и 3σ соответственно при высоких объемных соотношениях смешивания ≈1% каждое в атмосфере, богатой H2. Обилие CH4 и CO2 наряду с отсутствием обнаружения аммиака (NH3) согласуются с химическими прогнозами для океана в умеренной атмосфере, богатой H2, на K2-18b.

Источники:

1. Передельский Д.  Телескоп Уэбба выявил «намеки на жизнь» на планете K2-18b. Наука. https://rg.ru/2023/09/26/zhizn-na-planete-k2-18b.html
2. NikkuMadhusudhan, SubhajitSarkar, SavvasConstantinou, M˚ans Holmberg, Anjali Piette, Julianne I. Moses.  Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere, Astrophysical Journal Letters (2023). https://esawebb.org/media/archives/releases/sciencepapers/weic2321/weic2321a.pdf
3. Ian Whittaker. Possible hints of life found on distant planet – how excited should we be? Space.com. https://www.space.com/possible-hints-of-life-exoplanet-expert-voices-conversation