|
Найти океан на экзопланете было бы трудной задачей
|
|
|
|
На Земле вода настолько тесно связана с жизнью, что наши поиски жизни на других планетах - это, по сути, поиск воды. Когда ученые находят экзопланеты вокруг далеких звезд, в первую очередь они обращают внимание на то, находятся ли они в обитаемых зонах звезд, где на поверхности планеты может сохраняться жидкая вода. Поиск атмосферных биосигналов отодвигает поиск воды на второй план.
|
|
|
|
Несмотря на то, что ученые обнаружили множество планет в предполагаемых обитаемых зонах своих звезд, они все еще не могут быть уверены, есть ли там жидкая вода. Это может измениться, если проект НАСА "Обсерватория обитаемых миров" (HWO) когда-нибудь осуществится. HWO - это предлагаемый инфракрасный/оптический/ультрафиолетовый космический телескоп, предназначенный для поиска и характеристики потенциально обитаемых экзопланет. Основная цель миссии в ее нынешнем виде - получить непосредственное изображение по меньшей мере 25 потенциально обитаемых миров.
|
|
|
|
По словам рабочей подгруппы телескопа по характеристике экзопланет, у HWO также будет возможность обнаруживать поверхностную воду. Они описывают, как это сделать, в новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv под названием "Обнаружение поверхностной воды в жидком виде на экзопланетах". Он будет представлен на HWO2025 и представлен Тихоокеанскому астрономическому обществу. Ведущий автор - Николас Коуэн с физического факультета Университета Макгилла в Монреале, Канада.
|
|
|
|
|
|
|
"Планеты с большими водоемами на поверхности будут иметь более умеренный и стабильный климат, и такие планеты являются идеальными местами для возникновения и эволюции жизни в том виде, в каком мы ее знаем", - пишут авторы. "Ключевой научной задачей обсерватории обитаемых миров (HWO) является определение того, на поверхности каких планет находится жидкая вода". Непосредственное обнаружение воды многое бы нам сказало об экзопланетах и астробиологии, а также помогло бы ученым усовершенствовать свои теории формирования планет и о том, как вода попадает на планеты.
|
|
|
|
Жидкости отражают свет иначе, чем твердые тела, и это лежит в основе способности прибора HWO обнаруживать воду. Жидкости имеют более гладкую поверхность, а это означает, что благодаря зеркальному отражению они имеют отчетливые световые признаки. Зеркальное отражение, также называемое бликом, - это когда параллельные световые волны отражаются от очень гладкой поверхности и остаются параллельными после отражения. Чем более гладкая поверхность, тем больше их параллельность. "Жидкости имеют более гладкую поверхность, чем большинство твердых тел, и, следовательно, демонстрируют зеркальное отражение вместо рассеянного", - пишут авторы.
|
|
|
|
Из-за зеркального отражения океаны и крупные водоемы кажутся темными под большинством ракурсов. Но если смотреть под углом, под которым отражается свет, они кажутся яркими и даже зеркальными. На экзопланетах, которые вращаются, HWO должен быть способен обнаруживать большие водоемы.
|
|
|
|
"Вращательная изменчивость коэффициента отражения экзопланеты может выявить особенности поверхности, которые то появляются, то исчезают из поля зрения, включая океаны", - объясняют авторы. "Между тем, изменения отражательной способности и поляризации на орбите чувствительны к функции фазы рассеяния поверхности планеты, включая зеркальное отражение от больших водоемов".
|
|
|
|
Орбита экзопланеты - не единственный способ, с помощью которого HWO может обнаружить воду с помощью зеркального отражения. Многие экзопланеты в обитаемых зонах красных карликов заблокированы приливами и не вращаются. В таких случаях изменения фазы орбиты могут выявить различия в отражении света от твердых и жидких поверхностей. Для обнаружения океанов на этих планетах могут потребоваться специальные методы, но это также может быть проще, поскольку особенности поверхности остаются неизменными.
|
|
|
|
Обнаружение океанов на экзопланетах усложняется. Качество отраженного света может зависеть от фазы обращения экзопланеты по орбите. "Таким образом, поверхностные океаны могут быть идентифицированы как темные области, когда поверхность планеты нанесена на карту вращения вблизи квадратурных или выпуклых фаз, а затем появляется отражение — и линейная поляризация — в серповидных фазах", - объясняют исследователи. Выпуклая фаза - это когда экзопланета освещена солнцем более чем наполовину, но не полностью.
|
|
|
|
Однако, как и во многих других областях науки об экзопланетах, это зеркальное отражение не сразу бросается в глаза и заявляет о себе. Сигнал можно обнаружить, но его не всегда так просто распознать.
|
|
|
|
Чтобы освоить описанные в статье методы определения воды, требуется время. "Все предлагаемые методы определения поверхностных вод основаны на точных измерениях коэффициента отражения планеты с временным разрешением", - пишут авторы. Для этого нам необходимо точное отображение вращения поверхности экзопланеты. Поскольку у нас нет таких измерений для экзопланет, исследователи используют Землю в качестве примера.
|
|
|
|
"Для составления карт вращения требуется стабильность прибора в соответствии с периодом вращения планеты", - объясняют исследователи. Период вращения Земли составляет 24 часа, и ученые могут с полным основанием ожидать, что периоды вращения экзопланет на порядок меньше. "Хотя стабильность прибора в таких коротких временных рамках не должна представлять проблемы для HWO, фотометрическая точность может стать проблемой, особенно для быстро вращающихся планет", - пишут авторы.
|
|
|
|
Это означает, что HWO потребуется как минимум четыре интегрирования за один оборот, чтобы измерить период обращения экзопланеты. Это усложняется при наличии облачного покрова. "Облака представляют собой проблему во всех случаях: можно нанести на карту поверхность только безоблачных областей планеты, а изменяющиеся во времени облака значительно усложняют процесс составления карты", - пишут Коуэн и его соавторы.
|
|
|
|
Исследователи говорят, что картирование поверхности экзопланет с помощью HWO выиграло бы от большей фотометрической точности и одновременной многополосной фотометрии.
|
|
|
|
HWO не будет одинок в своих усилиях по обнаружению пригодных для жизни экзопланет, если он будет построен. Чрезвычайно большой телескоп ESO (ELT) впервые увидит свет в ближайшие несколько лет. Будем надеяться, что если американская наука не пострадает от серьезных сокращений, то и американская ELT не пострадает, хотя и не раньше, чем через несколько лет. Эти телескопы должны быть способны искать биосигналы, по крайней мере, на небольшом количестве планет земной группы, вращающихся вокруг близлежащих красных карликов. Большой интерферометр для изучения экзопланет (LIFE), еще одна предлагаемая миссия, может косвенно обнаружить океаны на экзопланетах, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд.
|
|
|
|
Авторы объясняют, что ЖИЗНЬ, возможно, сможет определить, как большой океан будет смягчать сезонные колебания температуры на экзопланете, если наблюдать за этим в течение длительного времени. "Такие климатологические ограничения будут дополнять данные, предоставленные HWO", - пишут авторы.
|
|
|
|
Надежное обнаружение большого океана на экзопланете стало бы захватывающим открытием. Это открыло бы путь к новому пониманию экзопланет, их потенциальной обитаемости и даже того, как вода доставляется на экзопланеты.
|
|
|
|
"Действительно, HWO обладает уникальной способностью идентифицировать поверхностные жидкие океаны по их оптическим свойствам. Учитывая, что обнаружение океана на экзопланете подтвердило бы ее статус планеты, пригодной для жизни, это научное исследование в буквальном смысле является смыслом существования обсерватории обитаемых миров", - заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
