Коалиция NEхSS в поисках жизни во Вселенной

Поиски жизни за пределами нашей Солнечной системы требуют беспрецедентной кооперации представителей различных областей науки. Инициатива NExSS, предложенная специалистами NASA, включает в себя только некоторые грани этой проблемы: изучение Земли как «носителя жизни», изучение разнообразия планет Солнечной системы и исследования на границе неведомого — поиски планетоподобных объектов возле других звезд Млечного Пути.

К участию в этом оригинальном и, по мнению представителей NASA, весьма перспективном проекте привлечено множество специалистов из многих смежных с астрономией областей науки.

Проект, получивший название «Инициатива NExSS» (комбинация терминов Nexus и Exoplanet System Science), поможет лучше понять различные составляющие сложного конгломерата экзопланетной науки, в частности — столь важные ее аспекты, как взаимодействие планетных систем и их родительских звезд, в том числе в аспекте возникновения и поддержания жизни. По словам директора департамента планетологии NASA Джима Грин (Jim Green), «охота за экзопланетами» не только становится приоритетным направлением для астрономов, но и постепенно привлекает внимание представителей других наук — например, климатологии.

Изучение экзопланет — относительно новое направление астрономических исследований. Первая планета, обращающаяся вокруг солнцеподобной звезды, была открыта в 1995 г. После запуска космического телескопа Kepler, состоявшегося шесть лет назад, с его помощью было обнаружено более тысячи экзопланет, и еще свыше 3 тыс. кандидатов ожидают подтверждения своего статуса.

Актуальной задачей стал поиск биосигнатур (признаков органической жизни). Ключом к успешной реализации столь важных для человечества задач является четкое понимание основных закономерностей взаимодействия биосферы с атмосферами, океанами и недрами экзопланет. При этом особого внимания требуют вопросы взаимоотношений «родительская звезда — планета», которые можно изучать на доступном примере Солнца и его «семьи».

NExSS должна активно участвовать в коллективных экспертизах результатов, полученных каждым из научных сообществ в рамках научных миссий NASA:

• ученые, занятые исследованиями планеты Земля, будут разрабатывать общие научные подходы, определяемые характерными особенностями нашего «космического дома»;
• планетологи применят системный подход для анализа потенциально пригодных для жизни миров в пределах нашей Солнечной системы;
• гелиофизики добавят к нему еще один «слой», детально исследовав взаимодействие Солнца с планетами;
• астрофизики предоставят данные об экзопланетах и их родительских звездах для расширения возможностей применения этой методики.

NExSS соединит усилия видных научных сообществ в беспрецедентном сотрудничестве с целью обобщения выводов каждого отдельного коллектива, что будет способствовать формированию единого подхода в формулировке ответа на один из самых сокровенных вопросов человечества: одиноки ли мы во Вселенной?

Объединенная многоплановая команда поможет классифицировать многообразие обнаруженных миров, оценить их потенциальную обитаемость, а также разработать инструменты и технологии, необходимые для поисков жизни за пределами Земли.

Пол Герц (Paul Hertz), директор отдела астрофизики в штаб-квартире NASA, отмечает, что совместная работа ученых в рамках NExSS станет основой для интерпретации результатов будущих экзопланетных миссий. Спутник TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), который будет вести поиск транзитных экзопланет практически по всему небу, к нему присоединится космическая обсерватория JWST (James Webb Space Telescope) с составным 6,5-метровым первичным зеркалом. Запуск широкоугольного обзорного инфракрасного телескопа WFIRST (Wide-field Infrared Survey Telescope) намечен на 2020 г.

Кооперацию NExSS возглавят Натали Баталья из Эймсоновского исследовательского центра (Natalie Batalha, Ames Research Center, Moffett Field, California), Даун Джелино из Экзопланетного института (Dawn Gelino, Exoplanet Science Institute, Pasadena, California), Энтони дель Генье из Годдардовского центра космических исследований (Anthony del Genio, Goddard Institute for Space Studies, Greenbelt, Maryland). Проект также будет включать в себя членов команд из десяти различных университетов и двух научно-исследовательских институтов. Эти команды были составлены из кандидатов, предложенных соответствующими директоратами научных миссий NASA.

Команду из Университета Беркли и Стэнфордcкого университета возглавит Джеймс Грэм (James Graham). Эта группа, получившая название Exoplanets Unveiled, сосредоточится на поисках ответа на вопрос о том, каковы свойства экзопланетных систем, и в частности — каковы особенности их формирования, эволюции и возникновения условий для зарождения очага жизни. Дэниэл Апай (Daniel Apai) во главе группы EOSS (Earths in Other Solar Systems), в которую входят ученые из Университета Аризоны, будет курировать работы по наблюдениям экзопланет и исследованиям теоретических моделей формирования планетных систем.

При этом должны быть использованы результаты компьютерного моделирования и передовых микроскопических исследований метеоритов, содержащих информацию о ранних этапах формирования Солнечной системы. Главная цель этого направления — понять основные особенности образования землеподобных планет и пути доставки на них «молекул жизни», содержащих атомы водорода, углерода, азота и кислорода.

Команда из Аризонского университета в Фениксе под руководством Стивена Дэша (Steven Desch) будет использовать аналогичный подход. Она попытается увязать проблему возникновения очага жизни с химическим контекстом с целью получения «периодической таблицы планет». Кроме того, результаты исследований этой команды станут своеобразной стартовой площадкой для критического анализа информации, полученной другими учеными, моделирующими газовые оболочки экзопланет.

Исследователи из Хэмптонского университета в штате Вирджиния будут изучать источники и «поглотители» летучих веществ в атмосферах обитаемых миров. «Коман да дышащей планеты» во главе с Уильямом Муром (William Moore) должна выяснить, каким образом утечки водорода и других соединений в космическое пространство изменяют химию и условия на поверхностях планет в Солнечной системе, а также за ее пределами. Это поможет определить временной диапазон потенциальной обитаемости Марса и даже Венеры, а позже послужит основой для определения пригодности для жизни планет иных звезд.

Команда, составленная из сотрудников Центра космических исследований им. Годдарда (ею будет руководить Энтони дель Генье), займется проблемами обитаемости в более локальном масштабе — изучением изменения условий на скалистых планетах Солнечной системы со временем.

Виртуальная планетная лаборатория Института астробиологии при NASA основана в 2001 г. в Университете Вашингтона (Сиэтл) с целью продолжения исследований глобальной сети NExSS. Ее сотрудники во главе с Викторией Мидоуз (Victoria Meadows) будут использовать имеющиеся данные наблюдений Земли, планетологии и астрономии для дальнейшего изучения факторов, способных повлиять на обитаемость экзопланет, а также для поиска возможностей дистанционного выявления признаков жизни.

Пять дополнительных команд выбраны из подразделения директората планетных исследований Программы изучения экзопланет ExRP. Каждая из них обладает уникальным сочетанием знаний, необходимых для понимания фундаментальных свойств экзопланетных систем. Группа во главе с Нилом Тернером из Лаборатории реактивного движения (Neal Turner, JPL NASA) и Калифорнийского технологического института в Пасадене попытается объяснить непонятный пока феномен — почему большое количество экзопланет обращается столь близко к своим звездам. Родились ли они там, где мы их сейчас наблюдаем, или образовались где-то в другом регионе пространства, а потом покинули его по неизвестным причинам? Запланировано масштабное компьютерное моделирование взаимодействия газа и пыли в окрестностях молодых звезд с планетами, чтобы выйти за пределы нынешних наблюдательных возможностей, предоставляемых существующими наземными и космическими телескопами.

Команда из Университета Вайоминга, возглавляемая Ханной Чан-Конделл (Hannah Jang-Condell), будет исследовать эволюцию процессов формирования планет, осуществлять моделирование протопланетных дисков вокруг молодых звезд. Особый интерес представляют т.н. «переходные» диски, внутренние части которых частично свободны от пыли и газа. В этих «очищенных» областях или их окрестностях предположительно могут существовать экзопланеты.

Группа из Университета Пенсильвании с Джейсоном Райтом в качестве главного исследователя (Jason Wright, University of Pennsylvania) будет изучать газовые оболочки транзитных планет-гигантов типа «горячих Юпитеров» с использованием новейших инструментов и высокоточной техники «диффузорной фотометрии». В ходе этого исследования должно быть проведено как можно более точное определение температур, давлений, состава и изменчивости экзопланетных атмосфер.

Команда из Университета штата Мэриленд в Колледж-Парке и Центра космических полетов им. Годдарда во главе c Уэйдом Хеннингом (Wade Henning) начнет изучение приливной динамики и орбитальной эволюции экзопланет земного типа. Эта работа поможет определиться с масштабами и параметрами приливного нагревания, способствующего образованию магматических океанов и препятствующего «изгнанию» землеподобных планет из будущей планетной системы при хаотической перестройке ее структуры на начальных этапах формирования. Другая команда этого же университета, возглавляемая Дрейком Демингом (Drake Deming), проведет статистический анализ результатов наблюдений миссии Kepler для извлечения максимального количества информации, касающейся атмосфер открытых им экзопланет.

Команда из Йельского университета в Нью-Хейвене во главе с Деброй Фишер (Debra Fischer, Yale University, Connecticut, New Haven) займется разработкой новых высокостабильных спектрометров, чтобы достичь максимально возможной точности определения положений и скоростей ближайших звезд. Члены команды также усовершенствуют интерфейс проекта Planet Hunters, что позволит любителям астрономии активнее подключиться к поискам новых транзитных экзопланет в архивах миссии Kepler. Любители уже обнаружили более сотни ранее неизвестных кандидатов в экзопланеты, часть которых может находиться в «зонах обитаемости».

Группа во главе с Адамом Дженсеном из университета Небраска-Керни (Adam Jensen, University of Nebraska-Kearney) будет исследовать существование и эволюцию экзосфер — внешних, «несвязанных» частей атмосфер экзопланет. Эта группа ранее впервые сфотографировала планеты другой звезды в видимом свете и зарегистрировала линии поглощения водородной экзосферы, что может служить доказательством наличия на этой планете или вблизи нее источника горячего водорода. Существование такого водорода свидетельствует о сложной эволюции испускающего его объекта, в которой проявляются эффекты взаимодействия звездных ветров и планетных магнитных полей.

Команда Джонатана Фортни из Университета Калифорнии в Санта-Крус (Jonathan Fortney, University of California, Santa Cruz) выяснит, как новейшие статистические методы могут быть использованы при изучении света, излученного и отраженного планетными атмосферами. Именно эта информация может быть весьма полезной для расширения наших представлений об их температурах и химическом составе.