№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Могут ли инопланетяне из других систем понять, что наша планета обитаема?

Фото: NASA

Ученые представили, что Земля – это экзопланета для отдаленного мира. И смоделировали ситуацию, при которой ее издалека изучают инопланетяне.

Какой Земля показалась бы инопланетным астрономам? Что бы они узнали из своих наблюдений, если бы, как и мы, искали на экзопланетах признаки обитаемости? Ученые проделали этот забавный мысленный эксперимент и поделились своими выводами.

Почти ничего в космической науке не вызывает такого всеобщего ажиотажа, как поиск потенциально обитаемой планеты за пределами Солнечной системы. Пока что у нас есть только проблески надежды обнаружить на некоторых экзопланетах условия для жизни, и нам предстоит еще долгий путь, чтобы доказать, что жизнь за пределами Земли (в какой бы то ни было форме) действительно существует.

В новом исследовании ученые подошли к этому вопросу с необычной точки зрения. Их работа называется «Земля как экзопланета: II. Переменное во времени тепловое излучение Земли и ее атмосферная сезонность биоиндикаторов».

Исторические корни такого типа исследований восходят к 70-м годам прошлого века, когда космические корабли «Пионер» 10 и 11 и два «Вояджера» совершили облет дальних планет Солнечной системы. Это было началом подробного изучения таких планет как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Измеряя ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, ученые многое узнали о свойствах планетарных атмосфер и их поверхностях.

Но сегодня наука об экзопланетах находится на пике своего развития. Мы можем наблюдать не только за самыми дальними планетами в Солнечной системе, но и за планетами в нескольких световых годах от нас. Невероятное разнообразие обнаруженных планет интересно само по себе, но ученых, конечно же, больше всего волнует вопрос обнаружения жизни на любой из них.

По мере развития технологий астрономы получают все более продвинутые инструменты для изучения далеких планет: логично, что гипотетическая цивилизация в другой точке Млечного Пути делала бы то же самое. 

В новом исследовании ученые рассмотрели спектр инфракрасного излучения Земли, влияние различных ракурсов наблюдения на эти спектры и то, как наблюдения со стороны будут выглядеть для «инопланетного астронома». Исследователи также оценили, как смена сезонов влияет на спектры.

«Мы узнали, что в спектре теплового излучения Земли существует значительная сезонная изменчивость, а интенсивность спектральных характеристик биоиндикаторов, таких как N₂O, CH₄, O₃ и CO₂, сильно зависит как от времени года, так и от геометрии обзора», – пишут исследователи.

В исследовании астрономы рассматривали Землю с четырех ракурсов: с Северного и Южного полюсов, с экваториальной части Африки и с экваториальной части Тихого океана. Наблюдения проводились с помощью атмосферного инфракрасного зонда на борту спутника NASA Aqua. 

Исследователи обнаружили, что не существует единой репрезентативной выборки спектра теплового излучения Земли. Сезонные изменения делают это невозможным. Исследователи также обнаружили, что тепловое излучение сильно различается в зависимости от ракурса обзора. 

Звезды намного ярче своих планет, поэтому астрономы не могут видеть большинство экзопланет напрямую. Вместо этого ученые обычно обнаруживают экзопланеты по транзитным эффектам, которые эти миры оказывают на свои звезды, когда проходят между своей звездой и наблюдателем, отбрасывая тень. Это один из способов открытия новых экзопланет. 

В результате ученые пришли к следующим выводам: обитаемая и динамично изменчивая планета, как Земля, не может быть охарактеризована всего одним спектром теплового излучения. Слишком много всего происходит здесь, на Земле, а это исследование ведь даже не учитывало облака в атмосфере и их влияние на наблюдение со стороны.

«Используя Землю в качестве "испытательного стенда", мы узнали, что планету и ее характеристики нельзя распознать всего в одном спектре теплового излучения: необходимы многоэтапные измерения, предпочтительно как в отраженном свете, так и в тепловом излучении», – говорят авторы работы.

Ученые считают, что их метод может предоставить уникальные данные для наблюдений за экзопланетами в отраженном свете.

«Мы приходим к выводу, что наблюдение за экзопланетами с тепловым излучением может предоставить уникальную и дополнительную информацию, необходимую для характеристики планет земной группы вокруг других звезд», – заключают исследователи.