Атмосфера планеты — та самая «одежка», по которой ее встречают ученые. А точнее, знакомятся с ее составом, историей и процессами, которые на ней происходят. Наблюдая за атмосферой планет из других систем (экзопланет), мы можем оценить, насколько условия на них пригодны для существования жизни (кстати, об этом рассказывает Владимир Сурдин на Youtube-канале Homo Science). И даже предположить, нет ли на них знакомых нам форм жизни. Например, в атмосфере могут обнаружиться газы, которые образуются в результате деятельности живых существ. Их называют биосигнатурными газами. Скажем, постоянное пополнение атмосферы кислородом может указывать на то, что на планете существуют бактерии или даже растения, которые получают энергию из фотосинтеза. То же относится и к метану, который на Земле выделяют бактерии. Всего на сегодняшний день предложено несколько тысяч молекул, которые могут быть признаками жизни. Некоторые из них находили на Марсе, Венере и других планетах, но достоверно связать их с наличием жизни пока не удалось.
Чтобы узнать, что происходит на планете, не обязательно туда лететь. Много информации можно получить, анализируя ее свечение. Если разложить свет на спектр, можно увидеть темные полосы — линии поглощения. Они возникают из-за того, что атомы газов в атмосфере планеты поглощают часть летящих фотонов. Разные линии поглощения соответствуют разным элементам. С помощью специального прибора — спектрометра — можно определить, какие газы и в какой концентрации содержатся в атмосфере. Наша собственная атмосфера тоже поглощает свет и искажает данные. Поэтому для изучения далеких планет телескопы строят в местах, где атмосфера разрежена (например, в горах), либо запускают телескопы прямо в космос.
Но спектральный анализ не всегда дает однозначную картину. Например, в 2020 году астрономы нашли следы газа фосфина в облаках Венеры. Их засекли с помощью радиообсерватории ALMA в горах Чили и инфракрасного телескопа Джеймса Кларка Максвелла на Гавайях. Сенсация была в том, что фосфин обычно не находят в местах, где нет жизни. На Земле он производится либо промышленным путем, либо анаэробными (не использующими кислород для дыхания) бактериями. И только в очень небольших количествах — при извержении вулканов и в других геологических процессах. Открытие фосфина на Венере могло указывать на то, что там есть микробная жизнь. Однако проверка показала, что из-за неправильной калибровки аппаратуры количество фосфина было завышено в 20 раз. Критики предположили, что фосфин мог образоваться из вулканических газов под действием кислотной атмосферы. Некоторые предположили, что за фосфин по ошибке приняли другой газ — диоксид серы, который не считается признаком жизни. Хотя есть и альтернативная точка зрения. В любом случае, одних данных о фосфине недостаточно для выводов о жизни. Подтвердить их должны будут новые миссии к Венере — частная программа Venus Life Finder и программы DAVINCI+ и VERITAS от NASA.
Чтобы изучать далекие экзопланеты, нужны очень чувствительные приборы. Планеты испускают в миллионы раз меньше излучения, чем звезды. Это излучение можно уловить, когда планета проходит мимо диска своей звезды и та просвечивает ее. Лучше всего получается исследовать атмосферу так называемых горячих юпитеров — крупных газовых планет, которые находятся рядом со своими звездами. А вот планеты земного типа маленькие и холодные пока изучены очень слабо. Но все может измениться с появлением новых космических телескопов. Например, запущенный в декабре 2021 года телескоп «Джеймс Уэбб» позволит обнаруживать экзопланеты с температурой поверхности до 300 К (почти 27 градусов по Цельсию — это лишь чуть теплее поверхности Земли, удаленные от Земли на расстояние до 15 световых лет. «Уэбб» в сто раз более чувствителен, чем его предшественник «Хаббл», и может работать в инфракрасном диапазоне. Поэтому в ближайшие годы мы сможем больше узнать о планетах дальних миров.
