Могут ли телескопы нового поколения обнаружить жизнь на Земле?
Свет, отражённый от Земли (планетное сияние, или Earthshine), можно увидеть на тёмной части Луны в фазе молодого месяца. Если бы далёкие астрономы наблюдали это сияние Земли так же, как мы изучаем свет от экзопланет, смогли бы они понять, что на планете есть жизнь?
В ближайшие годы в строй вступят новые мощные телескопы: наземные European Extremely Large Telescope и Giant Magellan Telescope, а также космический LUVOIR. Вместе с JWST они откроют эру прямого получения изображений экзопланет. Чтобы точно интерпретировать будущие данные, учёным нужны проверенные модели, а Земля — единственная известная обитаемая планета, которая может служить эталоном для их проверки.
Проблема изучения каменистых экзопланет
Хотя мы находим всё больше каменистых планет в обитаемых зонах, их сложно характеризовать. Крупные газовые гиганты имеют протяжённые атмосферы и высокий световой поток, что облегчает спектроскопию. Каменистые же планеты меньше, их атмосферы тоньше, а поток излучения слабее.
Даже JWST сталкивается с трудностями. Для обнаружения земного уровня озона O3 на одной из планет системы TRAPPIST-1 потребовалось бы наблюдать более 60 её транзитов. Кроме того, остаются проблемы дегенеративности данных, например, сложности в различии толщины облаков и распределения размеров частиц в них.
Роль поляриметрии
В новом исследовании учёные делают акцент на поляриметрии — измерении и интерпретации поляризованного света, который изменяется, проходя через материал или отражаясь от него.
Поляриметрия — мощный метод, способный устранить упомянутые дегенеративности, так как она оценивает физические аспекты света, не измеряемые в обычной фотометрии или спектроскопии. Она очень чувствительна к свойствам атмосфер экзопланет и уже доказала свою эффективность при изучении облаков Венеры и газовых гигантов в нашей Солнечной системе.
Проблема в том, что у астрономов пока нет точно настроенных поляриметрических моделей для экзопланет. Эти модели необходимо проверять на реальных планетах, и здесь ключевую роль играет Earthshine.
"На сегодняшний день Земля — единственная известная и наблюдаемая обитаемая "землеподобная" планета, служащая ориентиром для определения биосигнатур жизни в том виде, в каком мы её знаем", — отмечают авторы.
Исследования спектров потока Earthshine в оптическом и ближнем инфракрасном (NIR) диапазонах выявляют диагностические биосигнатуры Земли, включая:
Красную границу растительности (VRE)
Блики океана
Спектральные особенности атмосферного O2 и H2O
Сравнение моделей
Свет, отражённый от Земли, поляризован, но после отражения от Луны он деполяризуется. В работе авторы скорректировали этот эффект. Они рассмотрели пять различных типов поверхностей планеты как при безоблачном, так и при облачном небе, а также разные типы облаков с различным размером частиц.
Основная цель исследования — сравнить две существующие модели для интерпретации поляриметрических данных (DAP и VSTAR), оценить их точность и подготовить инструментарий для будущих открытий.
Эта работа иллюстрирует сложность научных поисков. Если однажды астрономы объявят: "Мы сделали это! Мы обнаружили планету с жизнью!", — это будет результатом детальной, кропотливой работы, подобной описанной в этом исследовании.