5K
В ближайшие десятилетия появятся многочисленные инструменты, и будет дан старт нескольким миссиям, которые, возможно, смогут обнаружить жизнь на далеких планетах, среди них космические обсерватории NASA «James Webb», «Large UV Optical Infrared Surveyor», «Origins Space Telescope», «Habitable Exoplanet Observatory» и другие. Но как будут выглядеть ее признаки, и что нужно для того, чтобы на самом деле достоверно определять биосигнатуры? Это два ключевых вопроса, с которыми сталкиваются астрономы при выборе и проектировании будущих космических телескопов.
Учитывая, что пока у нас есть только один пример жизни во Вселенной, экзопланете должны быть присущи тепловые и химические свойства Земли, чтобы считаться потенциально обитаемой. Один из основных способов определить это: исследовать и смоделировать состав и атмосферу внесолнечного мира, что даст представление о царящем на нем климате.
Сегодня астрономы могут получать достаточно много информации об атмосфере экзопланеты с помощью спектроскопии, которая позволяет им определять, например, какие молекулы присутствуют в газовой оболочке и свойственны ли ей облака и дымка, что в итоге дает дополнительные подсказки о температуре на поверхности и многом другом.
«Современные исследования сконцентрированы на обнаружении в атмосфере воды, кислорода и других соединений, которые сигнализируют о потенциальной обитаемости экзопланеты. Однако спектроскопия позволяет увидеть только самые верхние слои ее оболочки, а это не очень продуктивно для поиска воды, учитывая, что на Земле весь водяной пар сконцентрирован в нижних слоях атмосферы. Поэтому в нашей работе мы сосредоточились на другом способе поиска воды и в другом месте – на поверхности экзопланеты», – рассказывают авторы исследования, представленного в журнале The Astronomical Journal.
Но зачем искать океаны? Все просто – вода является одним из ключевых звеньев известной нам жизни, и большое ее количество может быть одним из самых однозначных показателей обитаемости экзопланеты.
Как увидеть океан внесолнечного мира?
Поскольку экзопланета вращается вокруг своей оси, наши телескопы время от времени видят разные участки ее поверхности – иногда равнины и горы, а иногда моря и океаны, и это меняет общий спектр цели наблюдения и ее альбедо.
Кроме того, по мере огибания своей звезды, поверхность внесолнечного мира освещается по-разному, это похоже на фазы Луны. И, хотя сегодня доступная нам техника не может рассмотреть напрямую ландшафт экзопланеты, она все же может дать представление о том, насколько отражающим является каждый срез ее поверхности.
«Учитывая, что океан является более отражающим, чем суша, кривая блеска экзопланеты может выявить, где на ее поверхности присутствует вода, а где ее нет. Кроме этого, океаны, если смотреть под острым углом, могут создавать «блики». Космический аппарат NASA «Galileo», совершая гравитационный маневр у Земли, наблюдал это явление, которое более явно проявляется в «серповидных фазах». Интересно, что блики не уникальны для водных резервуаров, и их также можно наблюдать для углеводородных морей, покрывающих, например, Титан», – поясняют авторы исследования.
Какие телескопы смогут рассмотреть эти сигналы?
Чтобы выяснить, какими характеристиками должен обладать инструмент, который способен обнаружить свидетельства наличия океанов на поверхности внесолнечного мира, авторы исследования использовали атмосферную модель, основанную на наблюдениях Земли миссией NASA EPOXI. Она помогла им представить «Землю как экзопланету», наблюдаемую на расстоянии примерно 16 световых лет с помощью телескопа, подобного тем, что готовятся к запуску.
«Наши симуляции показали, что, хотя обнаружение океанов, скорее всего, будет слишком сложной задачей для «James Webb», следующее поколение космических телескопов с диаметром зеркала от 6 до 15 метров, например, «Large UV Optical Infrared Surveyor», должны быть в состоянии сделать это», – отмечают авторы исследования.
Точное число обнаруженных экзопланет с океанами зависит от того, насколько распространенными они являются. Основываясь на доступном сегодня, хотя и ограниченном наборе данных, астрономы предполагают, что примерно 20 процентов звезд могут иметь обитаемые, похожие на Землю планеты. Исходя из этого, по мнению авторов работы, будущие космические телескопы должны обнаружить до 10 экзопланет в обитаемых зонах близлежащих звезд, поверхности которых покрыты океанами.
«Обнаружение океанов или жизни на экзопланетах является большой технической проблемой и останется ей в ближайшее время, но решение этой задачи является прекрасной возможностью наконец ответить на фундаментальные вопросы: существуют ли планеты, подобные Земле, и одни ли мы во Вселенной. Предложенный нами метод станет одним из полезных инструментов для однозначной оценки потенциала к обитаемости внесолнечных миров», – заключают авторы исследования.