JWST a montré qu’il peut détecter les empreintes de la vie sur les exoplanètes

composants de la vie répandu dans tout l’univers. Alors que la Terre est le seul endroit connu de l’univers où la vie existe, la découverte de la vie extraterrestre est L’objectif principal De astronomie moderne Et le sciences planétaires.

Nous sommes deux universitaires qui étudions planètes extérieures Et le astrobiologie. Grâce en grande partie aux télescopes de nouvelle génération comme James Webb, des chercheurs comme nous pourront bientôt mesurer la composition chimique des atmosphères des planètes autour d’autres étoiles. Espérons qu’une ou plusieurs de ces planètes auront une empreinte chimique pour la vie.

Planètes extérieures habitables

la vie Il peut exister dans le système solaire Là où il y a de l’eau liquide – comme les aquifères sur Mars ou dans les océans d’Europe, la lune de Jupiter. Cependant, la recherche de la vie dans ces lieux est très difficile, car il est difficile d’atteindre et de détecter la vie nécessite l’envoi d’une sonde pour retourner les échantillons physiques.

De nombreux astronomes pensent qu’il existe un fichier Bonne chance de vie sur des planètes en orbite autour d’autres étoilesEt ceci pourrait être l’endroit La vie sera trouvée en premier.

Les calculs théoriques indiquent qu’il y a quelque chose de proche 300 millions de planètes potentiellement habitables Dans la seule voie lactée et De nombreuses planètes habitables de la taille de la Terre À seulement 30 années-lumière de la Terre – essentiellement les voisins de l’humanité dans la galaxie. Jusqu’à présent, les astronomes l’ont fait Découvrez plus de 5 000 exoplanètesy compris des centaines de potentiellement habitables, en utilisant méthodes indirectes qui mesure comment une planète affecte son étoile proche. Ces mesures peuvent fournir aux astronomes des informations sur la masse et la taille d’une exoplanète, mais pas plus que cela.

À la recherche de signatures bio

Pour découvrir la vie sur une planète lointaine, les astrobiologistes étudieront la lumière des étoiles existante Interagir avec la surface ou l’atmosphère de la planète. Si l’atmosphère ou la surface est transformée par la vie, la lumière peut porter un indice appelé « biosignature ».

Au cours de la première moitié de son existence, la Terre avait une atmosphère sans oxygène, même si elle abritait une vie simple et unicellulaire. L’empreinte vitale de la Terre était très faible au cours de cette première ère. Cela a soudainement changé il y a 2,4 milliards d’années Quand une nouvelle famille d’algues a évolué. Les algues utilisaient la photosynthèse qui produit de l’oxygène libre – de l’oxygène qui n’est lié chimiquement à aucun autre élément. À partir de ce moment, l’atmosphère terrestre remplie d’oxygène a laissé une empreinte vitale forte et facilement détectable sur la lumière qui la traversait.

Lorsque la lumière rebondit sur la surface d’un matériau ou traverse un gaz, certaines longueurs d’onde sont plus susceptibles de rester piégées dans le gaz ou la surface du matériau que d’autres. Cet ajustement sélectif des longueurs d’onde de la lumière est la raison des différentes couleurs des objets. Les feuilles sont vertes car la chlorophylle est particulièrement efficace pour absorber la lumière dans les longueurs d’onde rouges et bleues. Lorsque la lumière frappe le papier, les longueurs d’onde rouge et bleue sont absorbées, laissant principalement la lumière verte rebondir dans vos yeux.

Le modèle de lumière perdue est déterminé par la composition spécifique du matériau avec lequel la lumière interagit. Pour cette raison, les astronomes peuvent apprendre quelque chose sur la composition de l’atmosphère ou de la surface d’une exoplanète en mesurant la couleur spécifique de la lumière qui provient d’une planète.

Cette méthode permet d’identifier la présence de certains gaz atmosphériques associés à la vie – comme l’oxygène ou le méthane – car ces gaz laissent des empreintes très particulières à la lumière. Il peut également être utilisé pour détecter des couleurs étranges à la surface d’une planète. Sur Terre, par exemple, la chlorophylle végétale et d’autres pigments et algues dans la photosynthèse utilisent des longueurs d’onde spécifiques de la lumière. Ces colorants Production de couleurs distinctives Il peut être détecté à l’aide d’une caméra infrarouge sensible. Si vous voyez cette couleur se refléter sur la surface d’une planète lointaine, cela indique probablement la présence de chlorophylle.

Télescopes dans l’espace et sur Terre

Il faut un télescope incroyablement puissant pour détecter ces changements subtils de lumière d’une exoplanète potentiellement habitable. Actuellement, le seul télescope capable d’un tel exploit est le nouveau télescope Télescope spatial James Webb. telle qu’elle est Les opérations scientifiques ont commencé En juillet 2022, James Webb a mené une jolie lecture Exoplanète géante gazeuse WASP-96b. Le spectre a montré la présence d’eau et de nuages, mais une grande planète chaude comme WASP-96b est peu susceptible d’héberger la vie.

Cependant, ces premières données montrent que James Webb est capable de détecter de faibles signaux chimiques dans la lumière des exoplanètes. Dans les mois à venir, Webb devait tourner ses miroirs vers TRAPPISTE-1eune planète potentiellement habitable de la taille de la Terre à seulement 39 années-lumière de la Terre.

Webb peut rechercher des données biométriques en étudiant et en capturant les planètes lorsqu’elles passent devant leurs étoiles hôtes La lumière des étoiles qui traverse l’atmosphère de la planète. Mais Webb n’a pas été conçu pour rechercher la vie, de sorte que le télescope n’est capable d’examiner que quelques-uns des mondes potentiellement habitables les plus proches. Il peut également détecter les modifications apportées à Niveaux de dioxyde de carbone, de méthane et de vapeur d’eau dans l’atmosphère. Alors que certaines combinaisons de ces gaz Cela pourrait suggérer la vieWebb est incapable de détecter la présence d’oxygène non lié, qui est l’indication la plus forte de la vie.

Des concepts pionniers pour les futurs télescopes spatiaux, et encore plus puissants, incluent des plans pour bloquer la lumière brillante de l’étoile hôte de la Terre afin de détecter la lumière des étoiles réfléchie par la planète. Cette idée est similaire à l’utilisation de votre main pour bloquer la lumière du soleil afin de mieux voir quelque chose à distance. Les futurs télescopes spatiaux pourraient utiliser de petits masques intérieurs ou un grand vaisseau spatial extérieur semblable à un parachute pour ce faire. Une fois que la lumière des étoiles est bloquée, il est beaucoup plus facile d’étudier la lumière qui rebondit sur une planète.

Il existe également trois énormes télescopes au sol actuellement en construction qui pourront rechercher des empreintes digitales biométriques : Télescope géant de MagellanLa Télescope de trente mètres et le très grand télescope européen. Chacun est beaucoup plus puissant que les télescopes sur Terre, et bien qu’obstrué par l’atmosphère terrestre déformant la lumière des étoiles, ces télescopes peuvent être capables d’explorer les atmosphères des mondes les plus proches à la recherche d’oxygène.

Est-ce la biologie ou la géologie ?

Même en utilisant les télescopes les plus puissants des prochaines décennies, les astrobiologistes ne pourront détecter que les puissantes biosignatures produites par des mondes complètement altérés par la vie.

Malheureusement, la plupart des gaz libérés par la vie terrestre peuvent également être produits par des processus non biologiques – les vaches et les volcans libèrent du méthane. La photosynthèse produit de l’oxygène, mais la lumière du soleil le fait également lorsqu’elle divise les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène. là Une bonne occasion pour les astronomes de repérer des faux positifs A la recherche d’une vie lointaine. Pour aider à éliminer les faux positifs, les astronomes devront comprendre suffisamment bien une planète intéressante pour comprendre si c’est le cas. Les processus géologiques ou atmosphériques peuvent imiter une biosignature.

La prochaine génération d’études sur les exoplanètes a le potentiel de transcender le niveau de Preuve inhabituelle Besoin de prouver l’existence de la vie. La première publication de données du télescope spatial James Webb nous donne une idée des progrès passionnants à venir.

Chris EmbiProfesseur émérite universitaire d’astronomie, Université d’Arizona Et le Daniel AbayProfesseur d’astronomie et de sciences planétaires, Université d’Arizona

Cet article a été republié de Conversation Sous licence Creative Commons. Lis le article original.