на каком расстоянии мы можем обнаружить, что на Земле есть жизнь?

Я отложил ответ на этот вопрос, потому что он кажется слишком широким без указания того, какие методы обнаружения предлагаются. Но если вы ответите на него прямо с точки зрения — если бы мы взяли Солнечную систему и поместили ее на некотором расстоянии от нас, смогли бы мы обнаружить признаки жизни на планете Земля — то ответ, вероятно, нет.

Используя современные технологии (и под этим я подразумеваю эксперименты и телескопы, которые доступны сейчас), мы, вероятно, не смогли бы обнаружить жизнь на Земле, даже если бы наблюдали за ней с расстояния в несколько световых лет. Поэтому внутри этой сферы нет звезд (кроме Солнца).

1. Планет, похожих на Землю, вокруг другой звезды пока не обнаружено. То есть ни один из них не имеет аналогичной массы, радиуса и орбиты на расстоянии 1 а.е. (или близко к этому) от звезды солнечного типа [РЕДАКТИРОВАТЬ: конечно, сейчас есть близкий соперник в Kepler-452b, хотя это 60 % больше Земли; Дженкинс и др. 2015. ]. С современными технологиями это почти достижимо. Поэтому любой направленный поиск жизни на Земле имеет ограниченное число мест, с которых можно начать. Если вы вообще не можете обнаружить планету, то у вас нет абсолютно никаких шансов изучить состав ее атмосферы для поиска биомаркеров (например, кислорода вместе с восстановительным газом, таким как метан, или хлорфторуглеродами промышленной цивилизации — Лин и др., 2014 г.).). Единственные экзопланеты, для которых был (грубо и предварительно) измерен состав атмосферы, - это «горячие юпитеры». - гигантские экзопланеты, вращающиеся очень близко к своим родительским звездам.

2. «Слепой» поиск может искать радиосигнатуры, и, конечно же, это то, чем занимается SETI. Если мы говорим об обнаружении «Земли», то мы должны исходить из того, что речь не идет о преднамеренных попытках установления связи, и поэтому мы должны полагаться на обнаружение случайной радио «болтовни» и случайных сигналов, генерируемых нашей цивилизацией. Проект SETI Phoenix был самым продвинутым поиском радиосигналов от другой разумной жизни. Цитата из Cullers et al. (2000) : « Обычные сигналы, в отличие от наших самых сильных сигналов, опускаются ниже порога обнаружения большинства обзоров, даже если сигнал исходит от ближайшей звезды ». Цитата из Тартера (2001) : «При нынешних уровнях чувствительности целенаправленные микроволновые поиски могли бы обнаружить эквивалентную мощность сильных телевизионных передатчиков на расстоянии 1 светового года (в пределах которого нет других звезд)... ". Двусмысленность в этих заявлениях связана с тем, что мы испускаем более сильные лучи в определенных четко определенных направлениях, например, для проведения метрологии в Солнечной системе с помощью радара. По расчетам , такие сигналы можно наблюдать на расстоянии в тысячу световых лет или больше. Но эти сигналы короткие, излучаемые в очень узкий угол и маловероятно, чтобы повториться.Вам должно быть очень повезло, чтобы наблюдать в правильном направлении в нужное время, если вы выполняете целевые поиски.

Отсюда мое утверждение, что при нынешних методах и телескопах шансов на успех немного. Но, конечно, технологии развиваются, и в ближайшие 10-20 лет могут появиться лучшие возможности.

Первым шагом в направленном поиске будет поиск планет, подобных Земле. Первой крупной возможностью станет запуск космического корабля TESS в 2017 году, способного обнаруживать планеты размером с Землю вокруг 500 000 самых ярких звезд. Однако его двухлетняя миссия ограничит возможность обнаружения земного аналога. Лучший вариант для поиска других Земель появится позже (возможно, в 2024 году) с запуском Платона ., шестилетняя миссия, которая снова изучает самые яркие звезды. Однако затем необходимо сделать большой шаг вперед, чтобы выполнить исследования атмосфер этих планет. Прямая визуализация и спектроскопия, вероятно, потребуют космических обнуляющих интерферометров; косвенные наблюдения фазовых эффектов и спектроскопии пропускания через атмосферу экзопланеты не требуют большого углового разрешения, а только огромной точности и площади сбора. Спектроскопия чего-то размером с Землю вокруг обычной звезды, вероятно, потребует более крупного преемника космического телескопа Джеймса Уэбба ( JWST — запуск в 2018 г.) или даже большей площади сбора, чем будет предоставлено E-ELT в следующем десятилетии. Например , Снеллен (2013)утверждает, что потребуется 80-400 прохождений экспозиции (т.е. 80-400 лет!) для обнаружения сигнала биомаркера земного аналога с помощью E-ELT!

Было высказано предположение, что новые проекты радиотелескопов и технологии, такие как массив квадратных километров, могут случайно обнаруживать радиопереговоры на расстоянии до 50 пк.$\sim 150$световых лет) — см. Loeb & Zaldarriaga (2007) . Этот массив, который должен начать полную работу через некоторое время после 2025 года, также может одновременно отслеживать множество направлений для направленных сигналов. Хороший обзор того, что может быть возможно в ближайшем будущем, дан Tarter et al. (2009) .

Зависит от того, что вы подразумеваете под обнаружением жизни. Как объясняется в этом посте Рэндалла Манро «что, если», водоросли на Земле расскажут о нас инопланетянам до того, как мы сможем рассказать о себе им.

Если учесть наличие жидкой воды или наличие$O_2$как обнаружение жизни, то такое обнаружение может быть сделано путем изучения спектра внесолнечных планет, измерений, которые мы можем сделать в настоящее время. Самая дальняя внесолнечная планета, обнаруженная на сегодняшний день, находится на расстоянии 27 700 световых лет . Таким образом, частичным ответом на ваши вопросы будет изучение спектра каждой внесолнечной планеты, найденной в околозвездной обитаемой зоне, в поисках контрольных признаков жизни. В настоящее время у нас есть технология для измерения спектра оптического отражения внесолнечной планеты, например , VLT ESO , обсерватория Джемини и инструмент OSIRIS на GTC , но я не знаю, есть ли у SETI такая возможность. Вы можете дополнительно посмотреть работу доктора Сары Сигер .

Я нахожу это очень сложным для ответа, метод обнаружения имеет решающее значение для того, насколько далеко мы можем обнаружить. Есть два возможных метода, о которых я могу думать, один лучше другого. Первый метод связан со скоростью света и нашим производством волн. Второй касается того, как мы адаптировали нашу атмосферу.

Наше производство волн (радио) началось в конце 19 века, если мы используем точку отсчета, скажем, в 1900 году; мы вещаем уже 115 лет, со скоростью света вид, находящийся на расстоянии не более 115 световых лет, может обнаружить нас. Отсюда и идея программы SETI, как предложил Рахул, с намерением транслировать самих себя.

Лучший метод, который, как я вижу, работает для людей в их поиске других, — это атмосферное отравление. В нашей атмосфере есть специфические углеводороды, которые, как считается, производятся только человеком, и если мы так думаем, то вполне вероятно, что мы также можем обнаружить атмосферное отравление вокруг экзопланеты. Обнаружения кислорода просто недостаточно, так как это не свидетельствует о том, что жизнь существует, кислород может производиться естественным образом в ограниченных количествах, как и в других местах Солнечной системы, однако для поддержания форм жизни на основе углерода, таких как мы, должно быть большое изобилие. Обнаружение загрязняющих веществ является более логичным способом определения обнаружения. Если мы способны производить элементы, не встречающиеся в природе, это явный признак того, что какой-то вид поместил их туда. Это также зависит от скорости света, однако антропогенные загрязнители существовали в доволновую эпоху, и у них было больше времени для передачи света, чем наше производство волн. Недостатком является метод обнаружения загрязняющих веществ, в настоящее время мы, люди, полагаемся либо на использование звезды с проходящей планетой для определения состава, либо на менее точные данные спектра (которые не указывают на атмосферный материал).

Другая точка зрения касается шкалы Кардашева . Можно предположить, что у нас есть технология для определения этого ответа на основе потребления энергии. Если бы мы могли обнаружить массивное гравитационное поле и отсутствие видимого источника энергии, энергия вполне могла бы быть собрана другим видом; например сфера Дайсона. Я считаю, что такое обнаружение было бы слишком легко не заметить, поскольку это не то, что наш вид активно ищет. Хотя это больше относится к теоретическому обнаружению, другие виды могут обнаруживать потребление энергии на нашей планете посредством освещения нашей планеты и атмосферы наряду с повышением температуры поверхности.

Я считаю, что в лучшем случае, что касается человеческого вмешательства, мы можем искать в диапазоне 100-150 световых лет. Что касается обнаружения жизни в целом, я не могу представить себе досовременную эпоху, если бы существовал простой способ определить, что жизнь существует, если смотреть из другого места, кроме того факта, что у нас была стабильная система, содержащая жидкую воду и атмосферный кислород.

Мы можем слишком полагаться на предоставление аргумента с нашей точки зрения, поскольку формы жизни основаны на углероде, если другой вид продвинулся вперед или больше, чем мы, не был основан на углероде, вполне может быть, что они ищут другие признаки, более локализованные для их собственного вида. точно так же мы ищем признаки, с помощью которых мы воображаем, что обнаруживаем себя.

РЕДАКТИРОВАТЬ: По просьбе Роба Джеффриса; НЕТ, использование транзитной фотометрии с использованием современных технологий пока невозможно. На 1lyЗемле будет отображаться как 2.776*10^-4″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^12)или 2.776mas, что возможно с помощью Очень Большого Телескопа ESO, угловое разрешение которого позволяет получать изображения в миллисекундах дуги. На 10lyЗемле будет отображаться как 2.776*10^-5″-> 3600*(180/π)*(12734/9.460*10^13)или 277.6μas, что возможно после завершения строительства массива черенковских телескопов , угловое разрешение которого позволяет получать изображения в микросекундах дуги. В то время как массив черенковских телескопов ограничен до 100μasи 400nmне может получать изображения 1μas, на этом следующем уровне мы получаем изображения на уровне 100ly. Космический аппарат Gaia может разрешать до20μasоднако не может отображать изображения на этом уровне. Исследовательский центр Эймса НАСА демонстрирует возможности разрешения вплоть до 5μasразрешения до 10 000 000 000 000 000 000 000 1μas, но опять же, это не разрешение изображения. Что касается радиоволн, то я действительно не упомянул закон обратных квадратов и деградацию волн. Для нас, людей, да, несколько световых лет могут быть возможны с областью возможностей, открывающейся с Массивом квадратных километров .

Если вы хотите, чтобы я отказался от своего первого предположения, загрязнение и транзитная фотометрия на самом деле возможны с использованием существующих сегодня технологий в пределах 1ly, наравне с существующими радиоприемниками в пределах 1yr. Если вы воздерживаетесь от того факта, что новые инструменты, однако, еще не созданы, вы можете значительно увеличить это значение до 100ly, только потому, что что-то не создано, не делает технологию несуществующей (возможна ли технология SKA? Да, у нас есть технология, позволяющая сделать это прямо сейчас, просто мы этого не сделали. Это не делает ее несуществующей технологией).

Seti Home опубликовала данные о первой обнаруженной транзитной планете размером с Землю. Дальнейшая публикация Библиотеки Корнеллского университета утверждает, что планета находится в обитаемой зоне и подразумевает, что на ее поверхности может быть атмосфера и жидкий H2O. Космический аппарат « Кеплер » обнаружил эту находку. Если вы не в курсе, «Кеплер» наносит на карту кривые блеска, когда тело пересекает поверхность другого тела, это называется транзитом . Даже предположить, что этой технологии еще не существует, нелепо, если вы хотите получить истинный аналог Земли как она есть, с уже существующей технологией; 1ly, если вы хотите использовать технологию возможной, но не встроенной; 100ly.