|
Как мы будем находить экзопланеты с океанами
|
|
|
|
Океаны нашей планеты генерируют контрольные световые сигнатуры, когда солнечный свет отражается от них. Экзопланеты со значительным покрытием океана могут делать то же самое. Можем ли мы использовать сигнатуры отражения Земли, чтобы идентифицировать другие похожие на Землю миры с большими океанами? В новом исследовании изучались световые сигнатуры, отражающиеся от земных океанов, и изучался их поток и поляризация. Исследователи смоделировали две Земли: сухую планету и влажную планету с похожими на Землю облаками и атмосферой. Затем они смоделировали, как свет будет отражаться от этих планет в различных условиях. Они обнаружили, что только океан может вызвать определенное снижение поляризации света. Исследование называется «Сигнатуры океана в спектрах полного потока и поляризации экзопланет, подобных Земле». Журнал Astronomy and Astrophysics опубликует его, но в настоящее время он доступен онлайн на сайте допечатной подготовки arxiv.org. Авторы — VJH Trees и DM Stam. Деревья — из Королевского метеорологического института Нидерландов, а Стам — из Технологического университета Делфта.
|
|
|
|
Ученые обнаружили водяной пар на экзопланетах, но он обнаруживается спектроскопически, когда планета находится перед своей звездой и свет звезды проходит через атмосферу. Эти наблюдения выявили молекулярную сигнатуру воды, но в настоящее время нет способа узнать, существует ли океан. «… фактические наблюдения за жидкими водными океанами возможны только при прямом обнаружении звездного света, отражаемого планетой», — говорится в документе. Некоторые научные оценки показывают, что до четверти известных экзопланет имеют океаны, хотя большая часть этой воды может находиться в подповерхностных океанах. В нашей Солнечной системе только планета Земля имеет поверхностные океаны. У нескольких лун в Солнечной системе есть подземные океаны, и у некоторых карликовых планет, вероятно, тоже. Мы не близки к обнаружению подземных океанов на экзолунах, но по мере развития технологий телескопов мы сможем обнаружить океаны на планетах, похожих на Землю. Как пишут авторы этой статьи: «Численное моделирование звездного света, отражаемого землеподобными экзопланетами, предсказывает признаки обитаемости, которые можно будет искать с помощью будущих телескопов».
|
|
|
В своих численных моделях экзопланет исследователи рассчитали три вещи: общий поток (F), поляризованный поток (Q) и степень поляризации (Ps). Они моделировали океаны особым образом. «Океаны состоят из отражающих Френеля поверхностей с взъерошенными ветром волнами, пеной и волновыми тенями над естественной синей морской водой», — объясняют они. Отражение Френеля - это когда отраженный свет находится в той же плоскости, что и падающий свет. Это также называется параллельной поляризацией в честь Огюстена-Жана Френеля. Он изобрел линзу, используемую в маяках, которая фокусирует свет в более узкий луч. Измерение поляризации света от океанов важно, поскольку ожидается, что звездный свет не будет поляризованным. Кроме того, в то время как световые сигналы ухудшаются с расстоянием, степень поляризации остается неизменной. К сожалению, астрономы пока не могут измерить поляризацию, отраженную океаном. «Существующие наземные и космические телескопы не способны измерять поляризованный свет, который отражается экзопланетами, подобными Земле», — объясняют авторы.
|
|
|
|
Будущий европейский сверхбольшой телескоп (E-ELT) и Большой ультрафиолетовый оптический инфракрасный исследователь (LUVOIR), концепция космического телескопа, разрабатываемая НАСА, смогут измерять поляризованный свет. Численные модели, подобные тем, что используются в этом исследовании, будут использоваться для разработки инструментов и процедур наблюдения, необходимых для определения поляризации света, отражаемого экзоокеанами. Один из основных выводов из этой работы касается степени поляризации или Ps. На изображении ниже сравниваются Ps для безоблачных сухих планет и безоблачных планет с океаном. Главный вывод заключается в том, что Ps падает только при определенных обстоятельствах, которые можно измерить. Как отмечают авторы, «провалы в Ps наблюдаются только для планет-океанов и только тогда, когда блики безоблачны». Это упрощенное изложение их результатов, но оно показывает, что они что-то нашли.
|
|
|
|
Если — или, надеюсь, когда — мы обнаружим экзопланету с океаном, это станет знаковым событием. Сообщество космических ученых вполне уверено, что они существуют и имеют большие шансы на поддержку жизни. Намеки на экзоокеаны появляются, когда ученые измеряют плотность экзопланеты в зависимости от ее размера. Но в нынешнем виде нет никакого способа узнать наверняка, обнаруживаем ли мы поверхностный океан. Эти исследователи уже некоторое время работают над проблемой обнаружения экзоокеанов и опубликовали другие статьи, посвященные этой проблеме. Если их симуляции верны, мы можем разработать надежный способ обнаружения океанических миров на больших расстояниях. E-ELT должен увидеть первый свет примерно в 2027 году, и он будет способен обнаруживать поляризованный звездный свет, отраженный от океанов. Возможно, вскоре после этого у нас будет первая подтвержденная океанская экзопланета.
|
|
|
|
Источник
|
