Дослідження екзопланет значно просунулося уперед за останні десять років. За цей час було виявлено більшість із понад 4000 відомих нині екзопланет. Водночас науковці стали переходити від простого виявлення до встановлення характеристик цих об’єктів. Ба більше, інструменти нового покоління дають змогу виконувати дослідження, які уможливлять виявлення нового про поверхні та атмосфери екзопланет.
Це, природно, викликає запитання: що б побачили достатньо розвинені істоти, якби вони вивчали нашу планету? Використавши дані спостережень Землі в різних довжинах електромагнітних хвиль, група науковців з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) побудувала карту, що показує вигляд Землі для далеких інопланетних спостерігачів. Окрім відповіді на притаманну нам цікавість, це дослідження також може допомогти астрономам реконструювати поверхневі особливості екзопланет, схожих на Землю.
2D-мапа поверхні Землі, якщо розглядати її як екзопланету. Чорною лінією позначено берегову лінію Світового океану. Фото з сайту www.universetoday.com.
Статтю, в якій описано висновки науковців, під назвою «Земля як екзопланета: двовимірна мапа іншопланетян» («Earth as an Exoplanet: A Two-dimensional Alien Map»), нещодавно оприлюднив журнал Science Mag. Її також планує опублікувати Astrophysical Journal Letters. Дослідження очолював Сітенґ Фан (Siteng Fan), а до складу «команди» входили кілька дослідників з відділу геологічних і планетних наук Каліфорнійського технологічного інституту та Лабораторії реактивного руху NASA.
Уявлення художника про атмосферу екзопланети, що взаємодіє зі своєю материнською зорею. Фото з сайту www.universetoday.com.
Виконуючи пошук потенційно населених планет поза Сонячною системою, науковці змушені застосовувати непрямий підхід. Зважаючи на те, що більшість екзопланет неможливо спостерігати прямо, щоб дізнатись про склад їхніх атмосфер або особливості поверхні, дослідники мають розраховувати на ознаки, що показують, наскільки планета схожа на Землю.
Як розповів Фан Universe Today електронною поштою, це відображає обмеження, з якими нині змушені боротися астрономи при дослідженнях екзопланет:
«По-перше, нинішні дослідження екзопланет ще не дали змоги з’ясувати бодай мінімальні вимоги до середовища, придатного для життя. Запропоновано кілька критеріїв, але ми не впевнені, чи вони є достатніми, чи потрібними. По-друге, навіть за цими критеріями сучасні методи спостереження недостатньо хороші для підтвердження такої придатності, особливо для екзопланет, схожих на Землю, через труднощі їх виявлення».
Зважаючи на те, що Земля ― єдина планета, про яку ми достеменно знаємо, що вона здатна підтримувати життя, команда висловила теоретичне припущення: віддалені спостереження Землі можуть бути показовими для населеної екзопланети, яку спостерігає далека цивілізація. «Земля ― єдина відома нам планета, яка містить життя», ― сказав Фан. «Вивчення того, як бачать Землю віддалені спостерігачі, дало б нам вказівки на те, як знайти потенційних мешканців екзопланет».
Пряме зображення екзопланет навколо зорі HR8799 отримане за допомогою коронографа Vortex, встановленого на телескопі Гейла в обсерваторії Паламар. Фото з сайту www.universetoday.com.
Один з найважливіших елементів клімату Землі (і який є критичним для життя на її поверхні) ― кругообіг води, що має три різні фази. До них належать наявність водяної пари в атмосфері, хмари конденсованої води та частинок льоду, а також наявність на поверхні водойм.
Тому їх наявність можна вважати потенційними ознаками придатності до існування й навіть ознаками життя (так звані біосигнатури), які можна спостерігати здалеку. Отже, можливість виявити особливості поверхні та хмари на екзопланетах є надзвичайно важливим для того, щоб зосередити увагу на їх придатності для життя.
Щоб визначити, який вигляд матиме Земля для віддалених спостерігачів, команда зібрала 9740 знімків Землі, які зробив супутник NASA Deep Space Climate Observatory (DSCOVR). Зображення робили кожні 68 — 110 хвилин протягом двох років (2016 та 2017 рр.) реєструючи світло, відбите від атмосфери Землі в кількох довжинах хвиль.
Фан та його колеги об’єднали зображення, щоб отримати розгорнутий в часі 10-точковий спектр відбиття, який потім був «прив’язаний» до земного диска. Це дало змогу ефективно показати можливий вигляд Землі для спостерігачів, що міститься за багато світлових років від неї, якби вони спостерігали нашу планету протягом двох років.
Особливості поверхні можуть бути помітнішими за допомогою нового методу, розробленого в Caltech. Фото з сайту www.universetoday.com.
Проаналізувавши отримані криві та порівнявши їх із вихідними зображеннями, дослідницька група виявила, які параметри кривих відповідали поверхні та хмарному покриву. Потім вони вибрали параметри, найтісніше пов’язані з площею суші, й припасували їх до цілодобового обертання Землі, що дало їм контурну карту (показану на першому рисунку на початку цієї замітки ― Ред.), яка відображає вигляд кривої блиску Землі з відстані кількох світлових років.
Чорні лінії позначають поверхню Землі та приблизно відповідають береговим лініям основних континентів. Ділянки поверхні пофарбовані в зелений колір, щоб отримати грубе зображення Африки (в центрі), Азії (вгорі праворуч), Північної та Південної Америки (зліва) та Антарктиди (внизу). Між ділянками суші видно Світовий океан, причому неглибокі ділянки позначено червоним, а глибші — синім.
Такі уявлення, застосовані до кривих блиску далеких екзопланет, можуть допомогти астрономам оцінити, чи має екзопланета океани, хмари та крижані шапки ― усі потрібні елементи екзопланети, схожої на Землю. Фен зробив висновок: «Аналіз кривих блиску в цій роботі має наслідки для визначення геологічних особливостей та кліматичних систем на екзопланеті. Ми з’ясували, що у варіації кривої блиску Землі переважають хмари та суша/океан, які мають вирішальне значення для життя на Землі. Тому екзопланети, подібні до Землі, які містять такі особливості, найімовірніше будуть мати життя».
В недалекому майбутньому такі інструменти нового покоління, як космічний телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST), дозволять виконувати докладні дослідження екзопланет. Крім того, очікується, що наземні прилади, які стануть до ладу в наступне десятиліття — зокрема Надзвичайно великий телескоп (Extremely Large Telescope, ELT), Тридцятиметровий телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT) і Гігантський магелланів телескоп (Giant Magellan Telescope, GMT) — дадуть можливість прямого дослідження малих землеподібних планет, орбіти яких лежать ближче до їхніх материнських зір.
Завдяки дослідженням, які дають змогу виявляти особливості поверхні та атмосферні умови, астрономи, нарешті, зможуть з упевненістю сказати, які екзопланети можуть бути заселені, а які ― ні. Якщо пощастить, відкриття Землі 2.0 (або кількох планет типу Землі) може бути не за горами!
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
