|
Титан - объект для изучения атмосферы экзопланет
|
|
|
|
Миссия НАСА/ЕКА "Кассини-Гюйгенс" исследовала Сатурн и его спутники с 2004 по 2017 год, предоставив самые подробные изображения и данные о системе, которые когда-либо были получены. Это включало в себя самый большой спутник Сатурна, Титан, который зонд внимательно исследовал во время своих многочисленных полетов, а также после высадки на его поверхность посадочного модуля "Гюйгенс".
|
|
|
|
Миссия позволила по-новому взглянуть на атмосферу Титана, его метановый цикл, богатую пребиотическую среду и процессы органической химии, происходящие на его поверхности. Ее результаты даже привели к предположениям о возможности существования жизни на Титане, возможно, в виде метаногенных организмов, обитающих в его обширных метановых озерах.
|
|
|
|
Ближе к дому развертывание обсерваторий нового поколения, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), революционизирует методы изучения экзопланет. Благодаря передовым спектрометрам, коронографам и оптике Webb эта миссия позволяет перейти от открытия к определению характеристик.
|
|
|
|
Согласно новому исследованию, исследования атмосферы Титана, проведенные "Кассини", могут послужить основой для этих попыток охарактеризовать атмосферы экзопланет. Таким образом, авторы утверждают, что результаты работы зонда могут послужить перспективным исследованием для будущих наблюдений, позволяя астрономам предвидеть и преодолевать потенциальные трудности при интерпретации данных миссии.
|
|
|
|
|
|
|
Исследованием руководил Праджвал Нираула, аспирант Массачусетского технологического института (MIT), работавший в соавторстве с Джулиет де Вит, доцентом Массачусетского технологического института и лидером группы Disruptive Planet. К ним присоединились Роберт Дж. Харгривз и Юли Э. Гордон из отдела атомной и молекулярной физики Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики и доцент Клара Соуза-Сильва из Бард-колледжа. Статья, описывающая их результаты, опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Для своего исследования команда использовала данные визуального и инфракрасного картографического спектрометра Cassini (VIMS). Этот прибор проводил высокоточные наблюдения Титана с использованием солнечных затмений, когда солнечный свет, проходящий через атмосферу, анализируется спектрометром для обнаружения химических признаков. Эти наблюдения подтвердили, что атмосфера Титана состоит из азота (95%) и метана (около 5%), а также незначительных количеств других углеводородов и органических соединений.
|
|
|
|
Полученные данные также показали, что Титан переживает метановый цикл, подобный земному водному, когда жидкий метан выпадает в осадок, образуя облака, и выпадает дождем на поверхность. Как объяснили universe Today Нираула и де Вит по электронной почте, успех этой миссии может послужить основой для будущих усилий по описанию атмосфер экзопланет.
|
|
|
|
В частности, миссия "Кассини" продемонстрировала, насколько сложной может быть идентификация молекул в атмосфере, поскольку различные химические вещества могут обладать сходными свойствами адсорбции. Это может привести к неправильной характеристике, что будет иметь серьезные последствия для ученых, пытающихся определить пригодность планеты для жизни.
|
|
|
|
Как пояснили они, "В этом исследовании наша основная цель - использовать точный спектр пропускания Титана и наши существующие знания о его атмосфере для изучения преимуществ / ограничений поиска в атмосфере экзопланеты. Мы сосредоточились на основных предположениях относительно того, какие молекулы следует извлекать.
|
|
|
|
"Это исследование является своевременным из-за существующих опасений, связанных с возможной неправильной интерпретацией молекулярных характеристик. Оно направлено на оценку того, ограничивается ли влияние выводами, связанными исключительно с рассматриваемыми спектроскопическими характеристиками, или может привести к искажению других свойств атмосферы".
|
|
|
|
За последние годы был достигнут значительный прогресс в определении характеристик атмосфер экзопланет. Ранее астрономы полагались на спектры пропускания, при помощи которых солнечный свет, проходящий через атмосферу экзопланеты, анализируется для определения химических характеристик. Иногда это возможно во время транзитов планет (транзитная спектроскопия), когда планеты проходят перед своей звездой относительно наблюдателя.
|
|
|
|
Благодаря Webb и другим обсерваториям нового поколения астрономы теперь находятся на том этапе, когда экзопланеты можно наблюдать непосредственно (иначе говоря. Прямая визуализация) на основе света, отражаемого их поверхностями и атмосферами.
|
|
|
|
Для астрономов задача остается прежней: правильно определить, какие химические спектры присутствуют, чтобы определить наличие биосигналов. Следующим шагом в их исследовании был запуск общедоступной модели Tierra, 1D-кода для спектроскопии, используемого для характеристики характеристик поглощения.
|
|
|
|
В предыдущем исследовании Нираула и де Вит использовали эту модель для учета семи химических признаков: метана, монооксида углерода, двуокиси углерода, воды, водорода, азота и озона. Для этого последнего исследования они расширили модель, включив в нее более широкий спектр молекул, которые могут существовать в природе, и сходство их сигнатур, основанное на существующих астрономических данных.
|
|
|
|
Нираула и де Вит сказали: "Это показывает, что спектральные признаки могут быть не только легко неправильно идентифицированы, но и их неправильная идентификация может также привести к искажению других атмосферных параметров, отсюда и название, связывающее "Обнаружение" и "Поиск", поскольку эти два аспекта не были связаны в сознании людей. На самом деле мы показываем, что так оно и есть. Другими словами, то, что исследователи считают "обнаруживаемым" (т.е. выбор молекул, которые они могут обнаружить), влияет гораздо сильнее, чем ожидалось (включая даже температуру атмосферы, которую они вычисляют).
|
|
|
|
"Еще одно понимание, полученное в ходе этого исследования, связано с нашей способностью идентифицировать доминирующий фоновый газ, даже если он не обладает выраженными свойствами поглощения (например, газообразный азот). Это, помимо всего прочего, является ключом к определению химического состава атмосферы".
|
|
|
|
По мере того как в список объектов переписи добавляется все больше экзопланет, поиск потенциально пригодных для жизни планет переходит в следующую фазу. Прибор Уэбба продемонстрировал свою способность характеризовать атмосферу экзопланет и произвел прямые обнаружения (включая недавнее обнаружение TWA 7) с момента начала своей работы. В ближайшем будущем к "Уэббу" присоединится преемник достопочтенного "Хаббла" - римский космический телескоп Нэнси Грейс (RST).
|
|
|
|
Вскоре также начнут работу несколько наземных телескопов, в том числе Чрезвычайно большой телескоп (ELT), Гигантский Магелланов телескоп (GMT) и тридцатиметровый телескоп (TMT). Вместе эти обсерватории позволят проводить более точные визуализационные исследования экзопланет и определять их характеристики. Способность правильно идентифицировать потенциальные биосигналы на основе их характеристик поглощения необходима, если мы хотим когда-либо найти Землю 2.0 или другие пригодные для жизни экзопланеты.
|
|
|
|
Тем временем, Нираула и де Вит считают, что их работа поможет астрономическому и астробиологическому сообществу перейти к новой эре данных, богатых информацией. Как они резюмировали, это заставит ученых задаться вопросом: "Что мы можем достоверно сказать на основе этих данных? Этот вопрос может быть сформулирован в двух формах: "Что мы можем достоверно сказать на основе этих данных, учитывая наши текущие модели прозрачности/ звездности/атмосферы?" и "Что мы могли бы достоверно сказать на основе этих данных, если бы у нас были идеальные модели?"
|
|
|
|
"Первое помогает нам адекватно учитывать тот факт, что большая часть наших аналитических данных ограничена моделями, разработанными для интерпретации данных более низкого качества в прошлом, и их ограничения в настоящее время являются узкими местами (а не качеством данных).
|
|
|
|
"Неучет "шума, вызванного моделированием", приведет к чрезмерной уверенности в наших выводах и, вероятно, к предвзятым выводам. Второе помогает нам выявить основные ограничения существующих моделей и продемонстрировать глубину научных знаний, которых мы могли бы достичь, выполняя управляемые/целенаправленные обновления".
|
|
|
|
Источник
|
