Молнии на экзопланетах могут усложнить поиск жизни

Обнаружение экзопланет стало почти рутиной — их найдено уже более 5500. Следующий шаг — изучение их атмосфер и поиск биосигнатур. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) возглавляет эти усилия. Однако в атмосферах некоторых экзопланет молнии могут усложнить задачу JWST, маскируя одни потенциальные биосигнатуры и усиливая другие.

Новое исследование, принятое к публикации в журнале Astronomy and Astrophysics и доступное на сервере препринтов arXiv, показывает, что молнии могут маскировать присутствие таких веществ, как озон (O₃), который считается указанием на возможное существование сложной жизни. В то же время они могут усиливать сигнал от соединений вроде метана (CH₄), который считается перспективной биосигнатурой.

Из 5500 известных экзопланет только 69 находятся в потенциально обитаемых зонах своих звёзд. Поиск биосигнатур сфокусирован именно на них.

Методология исследования

Авторы совместили лабораторные эксперименты с фотохимическим и радиационно-транспортным моделированием. В экспериментах искровой разряд имитировал молнии. Учёные изучали атмосферы, содержащие N₂, CO₂ и H₂, и образующиеся под действием «молний» продукты. В отличие от предыдущих работ, в этом исследовании изучался более широкий спектр химических веществ.

Ключевые результаты

Влияние молний на биосигнатуры зависит от типа атмосферы и интенсивности разрядов.

• Окислительные атмосферы (содержащие кислород): молнии с частотой всего в несколько раз выше земной могут маскировать биосигнатуру озона (O₃) на обитаемой планете.
• Восстановительные (бескислородные) атмосферы: молнии с частотой в 10 и более раз выше земной могут удалять абиотический озон, образующийся при фотолизе CO₂, предотвращая ложноположительное обнаружение биосигнатуры.
• Ложноположительные сигналы: для изученных типов атмосфер молнии, вероятно, не способны создавать ложноположительные биосигнатуры аммиака (NH₃), метана (CH₄) или закиси азота (N₂O). Также они не создают ложной анти-биосигнатуры монооксида углерода (CO) на обитаемой планете.
• Особый случай: молнии, возможно, не могут предотвратить все ложноположительные сценарии обнаружения кислорода (O₂) для богатых CO₂ планет, вращающихся вокруг ультрахолодных красных карликов (M-карликов).

Вывод

Молнии, которые, возможно, сыграли роль в зарождении жизни на Земле, могут существенно осложнить её обнаружение на далёких планетах. Это исследование даёт новые ограничения для полной характеристики атмосферных процессов на экзопланетах и подготовки к интерпретации данных с JWST.