JWSTは、太陽系外惑星の生命の指紋を検出できることを示しました

生命の構成要素 宇宙全体に広がる。 地球は生命が存在する宇宙で唯一の既知の場所ですが、地球外生命の発見は 主な目的 から 現代の天文学 そしてその 惑星科学。

私たちは勉強する2人の学者です 外惑星 そしてその 宇宙生物学。 ジェイムズ・ウェッブのような次世代望遠鏡のおかげで、私たちのような研究者は間もなく他の星の周りの惑星の大気の化学組成を測定できるようになります。 うまくいけば、これらの惑星の1つまたは複数が生命の化学的指紋を持っているでしょう。

居住可能な外惑星

生活 太陽系に存在する可能性があります 火星や木星の月エウロパの海の帯水層など、液体の​​水がある場所。 ただし、これらの場所での生命の検索は非常に困難です。生命に到達して検出することは困難であり、物理サンプルを返すためにプローブを送信する必要があるためです。

多くの天文学者はファイルがあると信じています 他の星を周回する惑星での生命の良いチャンスそして、これは場所かもしれません 人生が最初に見つかります。

理論計算は、何か近いものがあることを示しています 3億の潜在的に居住可能な惑星 天の川だけで 地球と同じ大きさの多くの居住可能な惑星 地球からわずか30光年以内-本質的に銀河系の人類の隣人。 これまでのところ、天文学者 5,000以上の太陽系外惑星を発見する、数百の潜在的に居住可能なものを含み、 間接的な方法 これは、惑星が近くの星にどのように影響するかを測定します。 これらの測定は、天文学者に太陽系外惑星の質量とサイズに関する情報を提供することができますが、それ以上のものではありません。

バイオシグネチャーを探しています

遠方の惑星での生命を発見するために、宇宙生物学者は既存の星の光を研究します 惑星の表面または大気と相互作用する。 大気や表面が生命によって変化する場合、光は「生命存在指標」と呼ばれる手がかりを運ぶ可能性があります。

その存在の前半の間、地球は単純な単細胞生物をホストしていましたが、酸素のない大気を持っていました。 地球の重要な足跡は、この初期の時代には非常にかすかでした。 それは突然変わった 24億年前 藻類の新しい家族が進化したとき。 藻類は、遊離酸素（他の元素に化学的に結合していない酸素）を生成する光合成を使用していました。 その時から、地球の酸素で満たされた大気は、それを通過する光に強くて簡単に検出できる重要な痕跡を残しました。

光が材料の表面で跳ね返ったり、ガスを通過したりすると、特定の波長が他の波長よりもガスまたは材料の表面に閉じ込められたままになる可能性が高くなります。 光の波長のこの選択的な適合は、オブジェクトの色が異なる理由です。 葉緑素は赤と青の波長の光を吸収するのに特に優れているため、葉は緑色です。 光が紙に当たると、赤と青の波長が吸収され、ほとんどの場合、緑の光が目に跳ね返ります。

失われた光のパターンは、光が相互作用する材料の特定の組成によって決まります。 このため、天文学者は、惑星から来る光の特定の色を測定することによって、太陽系外惑星の大気または表面の組成について何かを学ぶことができます。

この方法は、生命に関連する特定の大気ガス（酸素やメタンなど）の存在を特定するために使用できます。これらのガスは、光に非常に特殊な信号を残すためです。 また、惑星の表面の奇妙な色を検出するために使用することもできます。 たとえば、地球上では、光合成における植物のクロロフィルやその他の色素や藻類は、特定の波長の光を使用します。 これらの染料 特徴的なカラープロダクション 高感度の赤外線カメラを使用して検出できます。 この色が遠くの惑星の表面で反射しているのを見る場合、それはおそらくクロロフィルの存在を示しています。

宇宙と地球の望遠鏡

潜在的に居住可能な太陽系外惑星からの光のこれらの微妙な変化を検出するには、信じられないほど強力な望遠鏡が必要です。 現在、そのような偉業を成し遂げることができる唯一の望遠鏡は新しい望遠鏡です ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡。 そのまま 科学的運用が開始されました 2022年7月、ジェイムズウェッブはかわいい読書を行いました ガス巨大太陽系外惑星WASP-96b。 スペクトルは水と雲の存在を示しましたが、WASP-96bのような大きくて熱い惑星が生命をホストする可能性は低いです。

しかし、これらの初期のデータは、ジェームズ・ウェッブが太陽系外惑星からの光の中でかすかな化学信号を検出できることを示しています。 今後数ヶ月で、ウェッブは彼女の鏡をに向けるように設定されました TRAPPIST-1e、地球からわずか39光年の場所に住む可能性のある地球サイズの惑星。

Webbは、惑星がホスト星の前を通過するときに惑星を調査してキャプチャすることにより、生体認証を探すことができます。 惑星の大気を流れる星の光。 しかし、ウェッブは生命を探すようには設計されていなかったので、望遠鏡は最も近い潜在的に居住可能な世界のいくつかを調べることしかできません。 また、に加えられた変更を検出することもできます 大気中の二酸化炭素、メタン、水蒸気のレベル。 これらのガスの特定の組み合わせが それは人生を示唆するかもしれませんWebbは、生命の最も強い兆候である非結合酸素の存在を検出できません。

将来の宇宙望遠鏡の先駆的な概念、そしてさらに強力なものには、惑星から反射された星の光を検出するために、地球のホスト星の明るい光を遮断する計画が含まれています。 このアイデアは、手を使って日光を遮り、遠くから何かをよく見ることに似ています。 将来の宇宙望遠鏡は、これを行うために小さな屋内マスクまたは大きなパラシュートのような宇宙船を使用する可能性があります。 星の光が遮られると、惑星に当たって跳ね返る光を研究するのがはるかに簡単になります。

現在建設中の3つの巨大な地上望遠鏡もあり、生体指紋を検索できます。 巨大マゼラン望遠鏡、 30メートル望遠鏡 そしてその ヨーロッパの超大型望遠鏡。 それぞれが地球上の望遠鏡よりもはるかに強力であり、星の光を歪める地球の大気によって遮られていますが、これらの望遠鏡は酸素を求めて最も近い世界の大気を探索できる可能性があります。

それは生物学ですか、それとも地質学ですか？

今後数十年で最も強力な望遠鏡を使用しても、宇宙生物学者は、生命によって完全に変化した世界によって生成された強力な生命存在指標のみを検出することができます。

残念ながら、陸生生物によって放出されるガスのほとんどは、非生物学的プロセスによっても生成される可能性があります。牛や火山はメタンを放出します。 光合成は酸素を生成しますが、太陽光は水分子を酸素と水素に分解するときにも生成します。 そこの 天文学者がいくつかの誤検知を見つける良いチャンス 遠い人生を探すとき。 誤検知を排除するために、天文学者は興味深い惑星を十分に理解して、そうであるかどうかを理解する必要があります。 地質学的または大気のプロセスは生命存在指標を模倣することができます。

次世代の太陽系外惑星研究は、 異常な証拠 生命の存在を証明する必要があります。 ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡からのデータの最初のリリースは、私たちに間もなく来るエキサイティングな進歩の感覚を与えてくれます。

クリスエンビ天文学の著名な大学教授、 アリゾナ大学 そしてその ダニエル・アベイ天文学と惑星科学の教授、 アリゾナ大学

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