А могут ли нас найти другие цивилизации? Очень интересно, что увидели бы более развитые цивилизации, если бы изучали нашу планету из глубокого космоса? Используя многодиапазонные данные излучения Земли, группа ученых из Калифорнийского технологического института смогла составить карту, которая дает представление о том, как могла бы выглядеть Земля для отдаленных наблюдателей из-за пределов солнечной системы.
Научная работа, в которой описаны выводы, полученные группой, опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters под названием «Земля как экзопланета: двухмерная карта для пришельцев». В команду исследователей под руководством Ситенга Фана, вошли также несколько ученых из Отдела геологических и планетарных наук (GPS) Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения НАСА.
В процессе поиска потенциально пригодных для жизни планет за пределами солнечной системы ученые сегодня вынуждены применять косвенный метод. Учитывая, что большинство экзопланет не представляется возможным исследовать непосредственным образом, то есть получить прямое изображение, чтобы узнать состав их атмосферы или особенности поверхности, ученым приходится удовлетворяться показателями, по которым можно судить, насколько та или иная планета похожа на Землю.
Как рассказал Ситенг Фан изданию Universe Today, этим обусловлены многие ограничения, с которыми астрономы, исследующие экзопланеты, вынуждены мириться в настоящее время.
«Во-первых, текущие исследования экзопланет пока не дают четкого представления о минимальных требованиях, которым должна удовлетворять планета, пригодная для жизни людей. Есть определенные критерии, но мы не уверены, являются ли они достаточными или необходимыми. Во-вторых, даже при наличии этих критериев современные методы наблюдения нельзя назвать достаточно эффективными, чтобы подтвердить потенциальную пригодность для жизни, особенно если речь идет об экзопланетах, подобных Земле, из-за сложности их обнаружения».
Исходя из того, что Земля – единственная планета, способная поддерживать жизнь, группа ученых выдвинула гипотезу, что дистанционные наблюдения Земли могли бы дать информацию, необходимую для обнаружения пригодных для жизни планет. «Земля – единственная известная нам планета, на которой есть жизнь, – сказал Фан. – Изучение того, какой ее могли бы увидеть наблюдатели из удаленной точки вселенной, дает нам направление и ориентиры в поиске потенциально обитаемых экзопланет».
Одним из наиболее важных элементов климата Земли, который имеет решающее значение для всех видов жизни на ее поверхности, является круговорот воды, состоящий из трех фаз. Речь идет о наличии водяных паров в атмосфере, облаков, представляющих собой скопления конденсированной воды и льда, а также водоемов на поверхности планеты.
Таким образом, их можно рассматривать как потенциальные признаки пригодности для жизни или даже признаки ее наличия, которые можно наблюдать с большого расстояния. А из этого следует, что способность идентифицировать структуру поверхности и наличие облаков на экзопланетах является ключевым требованием, которому должно соответствовать исследование, чтобы установить их потенциальную обитаемость.
Чтобы определить, как Земля выглядела бы для удаленных наблюдателей, ученые собрали около 10 тысяч снимков, сделанных спутником НАСА Deep Space Climate Observatory (DSCOVR). Снимки делались на протяжении двухлетнего периода (2016-2017 гг.) в среднем каждые 68-110 минут. Им удалось уловить свет, отраженный от земной атмосферы в различных диапазонах волн.
Затем Фан и его коллеги объединили полученные изображения, чтобы сформировать 10-точечный спектр отражения, который затем был интегрирован с земным диском. Полученное изображение соответствует тому, как Земля могла бы выглядеть для наблюдателя, находящегося на расстоянии многих световых лет, если бы он изучал Землю в течение двухлетнего периода.
Проведя анализ полученных кривых и сравнив их с исходными изображениями, ученые выяснили, какие параметры этих кривых соответствуют земной поверхности и облачному покрову. Затем они выбрали те показатели, которые наиболее тесно связаны с сушей и скорректировали их с учетом 24-часового оборота Земли. В результате была составлена контурная карта, представленная на рисунке, которая примерно соответствует виду Земли с расстояния нескольких световых лет.
Черные линии отражают особенности поверхности и примерно соответствуют береговой линии основных континентов. Зоны, окрашенные в зеленый цвет, приблизительно отражают положение Африки (в центре), Азии (вверху справа), Северной и Южной Америк (слева) и Антарктиды (внизу). То, что находится между ними, представляет мировой океан, где более мелкие акватории обозначены красным, а более глубокие – синим цветом.
Такая визуализация, применительно к кривым блеска отдаленных планет, может позволить астрономам оценить, имеются ли на экзопланете океаны, облака и ледяные шапки, то есть выяснить все, что необходимо, чтобы признать ее потенциально пригодной для жизни.
Ситенг Фан пояснил в заключение: «Анализ кривых блеска в этой работе важен для определения геологических особенностей и климатических систем на экзопланете. Мы обнаружили, что изменения кривой блеска Земли в основном определяется облаками и границей суши и океана. Оба эти фактора имеют решающее значение для возможности жизни на Земле. Таким образом, экзопланеты, подобные Земле, которые имеют такие особенности, с наибольшей вероятностью могут быть пригодными для жизни».
В ближайшем будущем приборы следующего поколения, такие как космический телескоп Джеймса Вебба (JWST), позволят проводить самые подробные исследования экзопланет. Кроме того, наземные инструменты, которые войдут в эксплуатацию уже в следующем десятилетии, такие как «Чрезвычайно большой телескоп» (ELT), «Тридцатиметровый телескоп» (TMT) и «Гигантский Магелланов телескоп» (GMT), как ожидается, позволят проводить прямые исследования небольших каменистых планет, вращающихся вокруг своих звезд.
Благодаря исследованиям, которые помогают определить структуру поверхности и условия атмосферы, астрономы смогут, наконец, с уверенностью сказать, какие экзопланеты пригодны для жизни, а какие – нет. Другими словами, при определенном везении, открытие Земли-2 или, если уж на то пошло, даже нескольких Земель, может оказаться вовсе не за горами.
Помимо удовлетворения простого научного любопытства, это исследование может также помочь астрономам в будущем реконструировать особенности поверхности «землеподобных планет», пригодных для жизни.
