
Ученые из Вашингтонского университета нашли способ определять абиотическое происхождение кислорода и озона в атмосфере экзопланет. Новая методика поможет отсечь ложных кандидатов в потенциально обитаемые планеты. Работа авторов опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.
При поиске потенциально обитаемых экзопланет ученые обращают внимание на состав ее атмосферы. На возможность наличия жизни на планете могут указывать такие газы как кислород или озон, который образуется из молекулярного кислорода под действием ультрафиолетового излучения. Например, на Земле кислород производится исключительно в результате фотосинтеза, однако он также может производиться и под воздействием абиотических факторов.
В своей работе ученые попытались определить, какие факторы могут указывать на «неживое» происхождение О2 и О3. Исследователи рассматривали модель необитаемой, но пригодной для жизни планеты, с атмосферным составом N2—CO2—H2O, вращающейся вокруг звезды класса M или K (красный карлик). Они провели компьютерное моделирование в ходе которого выяснили, что на абиотическое происхождение кислорода и озона могут указывать CO и O4.
В первом случае молекулы угарного газа (СО2) могут распадаться в результате фотолиза, то есть под действием фотонов электромагнитного излучения. В результате будут высвобождаться атомы кислорода, которые смогут образовать молекулярный кислород. В данном случае индикатором «неживого» происхождения О2 может быть наличие спектральных линий углекислого газа (длина волны 2,35, 4,6 микрометров) вместе с монооксидом углерода (длина волны 1,6, 2,0, 4,3 микрометров).
Второй сценарий предполагает разрушение воды, находящейся в атмосфере планеты. В этом случае водород будет покидать атмосферу экзопланеты, в результате чего в ней будет оставаться большое количество кислорода, гораздо большее, чем в атмосфере Земли, как замечают ученые. В этом случае молекулы O2 будут ассоциироваться в пары с противоположными спинами, которые формируют неустойчивые объединения O2-O2 или тетракислород. Тогда исследователи смогут наблюдать молекулы О4 (длина волны 1,27 микрометров), которые и будут указывать на абиотическое происхождение О2.
Исследователи отмечают, что новая методика поможет ускорить поиск потенциально обитаемых экзопланет. Данные расчеты ученые составляли для телескопа «Джеймс Уэбб», запуск которого намечен на 2018 год. Спектрограф NIRSpec, которым будет оснащен телескоп, способен делать спектроскопию среднего разрешения в диапазоне длин волн 1–5 микрометров и низкого разрешения с длиной волны 0,6–5 микрометров.
Кристина Уласович
