|
Смогут ли телескопы следующего поколения увидеть жизнь на Земле
|
|
|
|
Хотя Земля поглощает много солнечной энергии, большая часть ее отражается обратно в космос. Солнечный свет, отраженный от Земли, называется земным светом. Мы можем видеть это на темной части Луны во время полумесяца. В «Альманахе фермера» говорится, что раньше его называли «новой луной в объятиях старой луны». Земное сияние — это один из примеров планетарного сияния, и когда мы смотрим на свет далеких экзопланет, мы смотрим прямо на их планетарное сияние, не отражаясь от другого объекта. Если бы удаленные астрономы смотрели на Earthshine так же, как мы смотрим на сияние экзопланеты, сказал бы им свет, что на нашей планете кипит жизнь?
|
|
|
|
В ближайшие несколько лет появится ряд передовых телескопов. Вместе с JWST они дадут нам изображения, которые ученые с нетерпением ждали десятилетиями. Благодаря наземным Европейскому Чрезвычайно Большому Телескопу и Гигантскому Магеллановому Телескопу, а также будущему космическому телескопу LUVOIR мы вступим в эпоху прямых изображений экзопланет. Ученые должны подготовиться ко всем этим наблюдениям и данным, чтобы они были готовы их интерпретировать.
|
|
|
Мы надеемся, что эти будущие телескопы позволят астрономам охарактеризовать все больше и больше похожих на Землю экзопланет. Но наши характеристики этих планет могут быть точными только в том случае, если наши модели точны. Поскольку Земля — единственная известная нам планета, на которой есть жизнь, и единственная обитаемая планета с известными свойствами, это наш единственный тестовый пример и единственный ресурс, который астрономы должны подтвердить своими моделями.
|
|
|
|
Вот тут-то и появляется Earthshine. В новой статье группа исследователей изучила, как можно использовать Earthshine для создания точных моделей планетарного сияния. Статья называется «Поляризованные признаки обитаемого мира: сравнение моделей экзопланеты Земля со спектрами солнечного света в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах». Ведущий автор — Кеннет Гордон, аспирант Группы планетарных наук Университета Центральной Флориды. Статья принята в The Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Мы обнаруживаем растущее число каменистых планет в потенциально обитаемых зонах вокруг экзопланет. Но чтобы приблизиться к пониманию того, пригодны ли они для жизни, нам нужно охарактеризовать их поверхности. У астрономов есть ограниченные инструменты для этого, в основном изучая свет от планет, когда они проходят перед своей звездой, или обнаруживая поток непосредственно от планеты.
|
|
|
|
Эти методы работают для больших газообразных планет. Но они трудны для каменистых планет, а каменистые планеты — это то, что нас интересует. Большие газообразные планеты имеют пухлую атмосферу, что облегчает спектроскопические исследования. И они излучают или отражают больше света из-за своего размера, что дает им более высокий поток при прямой визуализации. Но каменистые планеты имеют гораздо меньшую атмосферу, которую сложнее исследовать спектроскопически. Поскольку они меньше, их поток также ниже, что затрудняет их прямое изображение. По мере того, как наши телескопы станут более мощными, они преодолеют некоторые из этих препятствий на пути к характеристике скалистых экзопланет. Эта новая статья является частью того, как готовится астрономическое сообщество.
|
|
|
|
В своей статье авторы отмечают, что даже мощный JWST не может полностью охарактеризовать экзопланеты, подобные Земле. Характеристика атмосфер этих планет вокруг холодных карликовых звезд требует длительных периодов наблюдений. В предыдущей статье отдельная группа исследователей показала, что JWST потребуется наблюдать более 60 прохождений одной из известных скалистых экзопланет TRAPPIST-1, чтобы обнаружить уровни озона, подобные Земле.
|
|
|
|
«Используя спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) и прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) JWST, они обнаружили, что для определения современных уровней озона (O3) на Земле потребуется >60 проходов для 1b и >30 проходов для 1c и 1d. на этих планетах», — пишут авторы. Это значительная трата времени наблюдения. JWST также будет бороться с тем, что астрономы называют вырождением. «… в характеристиках обитаемых миров JWST все еще будет существовать ряд вырождений, таких как различие между оптической толщиной и распределением частиц по размеру облаков», — пишут они.
|
|
|
|
В своей работе исследователи сосредотачиваются на поляриметрии. В двух словах, поляриметрия — это измерение поляризованного света, на который каким-то образом повлиял материал, через который он проходит, отражается, преломляется или дифрагирует. Поляриметрия также является интерпретацией измерений. Поляриметрия может стать ключом к выходу из тупика между нашими передовыми телескопами и маленькими каменистыми планетами, которые мы хотим изучать. Это также может сократить необходимое время наблюдения. «Поляриметрия — это мощный метод, способный разрушить эти искажения, поскольку он оценивает физические аспекты света, не измеряемые в неполяриметрической фотометрии или спектроскопии».
|
|
|
|
Поляриметрия эффективна, потому что она очень чувствительна к свойствам атмосфер экзопланет. Он доказал свою эффективность при изучении нашей Солнечной системы, в том числе окутанной облаками Венеры. «Поляриметрия помогла охарактеризовать тела в Солнечной системе, включая облака Венеры и газовых гигантов, а также различные ледяные условия галилеевых лун», — объясняют авторы. Поляриметрия оказалась настолько эффективной при изучении Венеры, что некоторые хотят построить поляриметрический радар для более полного изучения планеты.
|
|
|
|
Проблема в том, что у астрономов нет точно настроенных поляриметрических моделей экзопланет, которые помогли бы им понять, что они видят, изучая поляриметрическое сияние планет. Модели существуют, но их нужно тестировать и проверять на реальных планетах, и здесь на помощь приходит Земля. биосигнатуры жизни, какой мы ее знаем сегодня», — заявляют авторы. По словам исследователей, ключом к этому является сияние земли. «Исследования оптических и ближних инфракрасных (БИК) спектров потока земли показывают диагностические биосигнатуры Земли, в том числе красный край растительности (VRE), отблеск океана и спектральные характеристики атмосферного O2 и H2O». Другие исследования также показали, какой эффективный вклад в эти наблюдения может внести поляриметрия.
|
|
|
|
Свет, отражающийся от Земли, поляризован, но после отражения от Луны он деполяризуется. Авторы исправили это в своей работе. Они рассмотрели пять различных типов планетарных поверхностей как при безоблачном, так и при облачном небе. Они также рассмотрели разные типы облаков с разным размером частиц. Суть исследования заключалась в сравнении двух разных существующих моделей, которые астрономы могут использовать для интерпретации поляриметрии и оценки их точности. Один называется DAP, а другой называется VSTAR. Команда использовала оба для интерпретации своих поляриметрических данных, а затем сравнила их.
|
|
|
|
Такого рода исследования иллюстрируют, сколько труда уходит на научные усилия. Хотя заголовки об астрономии могут показаться простыми, это сложно. Это гораздо больше, чем просто наведение мощных телескопов на удаленные объекты, а затем просмотр изображений. Чтобы заставить астрономию работать, требуются самоотверженные усилия со стороны тысяч людей на протяжении десятилетий. На карту поставлено очень многое, и если когда-нибудь команда астрономов скажет: «Мы сделали это! Мы открыли планету с жизнью!» это будет из-за такой подробной, сложной работы, которая не вызывает много заголовков.
|
|
|
|
Источник
|
