|
Поиск океанов на далеких планетах
|
|
|
|
На сегодняшний день мы обнаружили более 5500 экзопланет. Десятки из них находятся в обитаемых зонах своих родительских звезд, где, по крайней мере теоретически, могут быть океаны. Но мы так и не смогли найти ни одного подтвержденного случая существования жидкого океана на другой планете.
|
|
|
|
В новой статье исследователей Элеоноры Корниш и Тайлера Робинсона из Аризонского университета, опубликованной в виде препринта на сайте arXiv и представленной в The Astrophysical Journal, рассматривается уникальный способ обнаружения океана — по его «блеску».
|
|
|
|
Блеск — это общепринятый термин для обозначения того, что физики называют зеркальным отражением. На Земле это явление часто можно наблюдать на пляжах, когда солнечный свет падает на воду под небольшим углом и горизонт озаряется яркой золотистой вспышкой. Но такое же явление можно наблюдать и на других поверхностях — например, золото «блестит», если смотреть на него под определенным углом.
|
|
|
|
Но большинство материалов, из которых состоят экзопланеты, например песок, камни и почва, не блестят. Это так называемые ламбертовские поверхности — они одинаково отражают свет во всех направлениях.
|
|
|
|
Вода ведет себя иначе. Она действует как зеркало. Если смотреть на воду сверху, свет в основном падает прямо вниз или отражается слабо. Но когда он отражается от воды под небольшим углом, он преломляется, и физики знают, как это происходит.
|
|
|
|
|
|
|
В случае с экзопланетой такой небольшой угол возникает в фазе новолуния, когда мы видим в основном ночную сторону планеты, освещена лишь небольшая ее часть. Когда планета находится под таким углом, падающий звездный свет отражается от поверхности океана и попадает прямо в объектив телескопа, из-за чего планета кажется телескопу ярче.
|
|
|
|
Это не просто теоретическое предположение. В 2009 году зонд «Кассини» зафиксировал зеркальный блик от углеводородных озер на поверхности Титана. За несколько десятилетий до этого группа исследователей, в которую входил Карл Саган, с помощью зонда «Галилео», пролетавшего мимо Земли, зафиксировала блик от наших собственных океанов. Другими словами, мы знаем, что это возможно, но пока не применяли этот метод к экзопланетам.
|
|
|
|
Возможно, скоро ситуация изменится. Исследователи модифицировали прибор для изучения атмосферы, чтобы с его помощью обнаруживать блики. С помощью инструмента под названием rfast они использовали модель океана Кокса — Манка, чтобы учесть, как скорость ветра и волновая рябь влияют на свет, отраженный от поверхности и попадающий в телескоп.
|
|
|
|
Важно отметить, что даже при относительно высоких пороговых значениях уровня шума модель позволяла различать планеты с океанами и без них при условии, что они наблюдались под фазовым углом более 120°.
|
|
|
|
Почему именно 120°? При таком угле вступает в силу другое явление — глиттерное покраснение. При таких больших углах свет звезды, отражающийся от поверхности океана, проходит через атмосферу планеты гораздо более длинный путь. При этом он подвергается рэлеевскому рассеянию — атмосферному эффекту, из-за которого рассеивается синий свет, благодаря чему небо кажется голубым. К тому времени, как свет достигает телескопа, большая часть синих волн рассеивается, и в спектре остается преимущественно красный цвет.
|
|
|
|
Это хорошая новость для разработчиков телескопов, особенно для тех, кто работает над Обсерваторией обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory, HWO). Согласно теоретическим исследованиям, глиттер от поверхности океана можно наблюдать только при фазовом угле 130°, а при большем фазовом угле планета должна находиться ближе к своей родительской звезде. Учитывая, что блокирование света родительской звезды является одной из самых сложных задач, стоящих перед разработчиками HWO, дополнительные 10° рабочего диапазона дают определённое пространство для манёвра.
|
|
|
|
Однако в статье также указывается на некоторые ограничения модели. Самое очевидное из них — облака. В своих симуляциях исследователи предполагали, что планета, похожая на Землю, на 50% покрыта облаками. Но даже в нашей Солнечной системе есть множество примеров планет, которые гораздо сильнее затянуты облаками.
|
|
|
|
Из-за этого океан может быть либо полностью скрыт от наблюдателя, либо, как в случае с высотными перистыми облаками, свет звезды будет рассеиваться в направлении телескопа, создавая иллюзию вспышки, которой на самом деле нет.
|
|
|
|
По крайней мере, есть способы обойти эту проблему, в том числе за счёт дифференциации полос поглощения газа и жидкости, но это показывает, насколько сложно обнаружить океан на планете, находящейся за много световых лет от нас.
|
|
|
|
Исследователи отмечают, что у нас даже не так много данных о Земле в фазе новолуния, но их использование в качестве обучающих данных будет иметь решающее значение для того, чтобы этот инструмент помог учёным из проекта HWO разобраться в том, что они наблюдают.
|
|
|
|
Но, по крайней мере, теперь мы знаем, что потенциально можем найти планету, покрытую океанами, если посмотрим на неё под правильным углом.
|
|
|
|
Источник
|
