Обнаружение океана на экзопланете было бы прорывом, и обсерватория Habitable Worlds Observatory сможет это сделать
Поиск жизни на других планетах — это по сути поиск воды. Ученые ищут экзопланеты в обитаемых зонах звезд, где может существовать жидкая вода. Однако даже для найденных планет в этих зонах подтвердить наличие воды сложно. Ситуация может измениться с реализацией проекта космического телескопа NASA Habitable Worlds Observatory (HWO).
Основная цель HWO — прямое получение изображений как минимум 25 потенциально обитаемых миров. Согласно новой работе подгруппы по характеристике экзопланет, обсерватория также сможет обнаруживать воду на их поверхности. Исследование "Detecting Surface Liquid Water on Exoplanets" опубликовано на сервере препринтов arXiv и будет представлено на HWO2025.
Почему это важно? "Планеты с крупными водоемами на поверхности имеют более умеренный и стабильный климат и идеально подходят для возникновения и эволюции жизни, какой мы ее знаем", — пишут авторы. Обнаружение воды напрямую расскажет об экзопланетах, астробиологии и поможет уточнить теории формирования планет и доставки на них воды.
Принцип обнаружения основан на разном отражении света жидкостями и твердыми телами. У жидкостей более гладкие поверхности, что приводит к зеркальному отражению (спекулярной рефлексии). Из-за него океаны выглядят темными с большинства углов обзора, но становятся яркими и зеркальными при определенном угле, когда свет отражается прямо к наблюдателю.
Как HWO сможет это увидеть?
- У вращающихся планет: можно отслеживать изменения яркости при вращении — океаны будут появляться и исчезать из поля зрения.
- У приливно заблокированных планет (орбитальных фазовых вариаций): изменения яркости и поляризации отраженного света на разных участках орбиты могут указать на наличие крупных водных гладей.
Однако сигнал не очевиден. "Все предложенные методы идентификации поверхностной воды полагаются на точные, зависящие от времени измерения отражательной способности планеты", — отмечают авторы. Для этого требуется точное картографирование поверхности, что сложно без данных. В качестве примера ученые используют Землю.
Технические вызовы:
- Требуется стабильность инструментов на временных масштабах, сравнимых с периодом вращения планеты (порядка 24 часов).
- Фотометрическая точность может быть проблемой, особенно для быстро вращающихся миров. Минимум нужно четыре измерения за один оборот.
- Облачный покров серьезно осложняет задачу: картографировать можно только безоблачные регионы, а изменчивые облака сильно мешают анализу.
Другие миссии. HWO не будет работать в одиночку. Очень Большой Телескоп ESO (ELT) увидит первый свет в ближайшие годы. Предлагаемая миссия Large Interferometer For Exoplanets (LIFE) сможет косвенно обнаруживать океаны по сглаживанию сезонных температурных колебаний, что станет дополнением к данным HWO.
Заключение. Надежное обнаружение крупного океана на экзопланете стало бы революционным открытием. "HWO уникально способна идентифицировать поверхностные жидкие океаны по их оптическим свойствам. Учитывая, что обнаружение океана подтвердило бы статус планеты как обитаемого мира, эта научная задача буквально является raison d'etre (смыслом существования) обсерватории Habitable Worlds Observatory", — заключают авторы.