Земля как испытательный объект для оценки эффективности планируемой космической миссии LIFE
LIFE (Large Interferometer For Exoplanets) - так называется потенциальная будущая космическая миссия, работающая в среднем инфракрасном диапазоне и предназначенная для изучения атмосфер экзопланет и поиска жизни за пределами Солнечной системы. Под руководством Цюрихской высшей технической школы (EHT) LIFE может в один прекрасный день обнаружить жизнь на других планетах (если таковая существует).
Чтобы проверить, действительно ли это возможно, физики из EHT и Цюрихского университета провели исследование, в котором рассматривали нашу Землю так, как если бы она была экзопланетой. Полученные результаты говорят о том, что да, LIFE может правильно определить Землю как планету, на которой может процветать жизнь, с обнаруживаемыми уровнями биоиндикаторов, умеренным климатом и условиями, позволяющими иметь жидкую воду на поверхности.
LIFE: сеть из пяти спутников в поисках жизни
Миссия LIFE направлена на самое детальное на сегодняшний день изучение экзопланет, похожих на Землю. Это каменистые миры, размеры и температура которых сопоставимы с размерами и температурой нашей планеты. В этих мирах миссия, возможно, однажды сможет обнаружить следы внеземной жизни.
Концепция миссии предполагает размещение пяти небольших спутников в точке Лагранжа L2 системы Земля-Солнце, недалеко от космического телескопа Джеймса Уэбба. Вместе эти спутники образуют большой телескоп, который будет работать как интерферометр, улавливая инфракрасное тепловое излучение экзопланет.
Обнаруженный световой спектр может быть использован для определения состава этих экзопланет и их атмосфер. "Наша цель — обнаружить в световом спектре химические соединения, которые позволяют предположить наличие жизни на этих экзопланетах", — пояснил Саша Куанц, возглавляющий инициативу LIFE.
Земля как экзопланета
Чтобы завершить проект, ученым нужно было ответить на два важнейших вопроса, для чего они использовали нашу планету. Первый: если бы большой телескоп наблюдал за нашей Землей из космоса, какое инфракрасное излучение он бы зафиксировал?
Поскольку Земля наблюдалась бы с большого расстояния, она выглядела бы как точка, без каких-либо узнаваемых черт, таких как море или горы, точно так же, как выглядят экзопланеты, которые мы наблюдаем сегодня. Это означает, что спектры будут представлять собой пространственные и временные усреднения, зависящие от того, какие участки планеты будет наблюдать телескоп, в зависимости от углов и наклона, а также от продолжительности времени.
Второй вопрос: если проанализировать эти спектры, усредненные за несколько наблюдений, на предмет информации об атмосфере и состоянии поверхности Земли, то как результаты будут зависеть от таких факторов, как геометрия наблюдений и сезонные колебания?
Таким образом, исследователи рассмотрели три варианта геометрии наблюдений: два вида с полюсов, один экваториальный вид с центром в Африке и еще один экваториальный вид с центром в Тихом океане. Кроме того, они сосредоточились на данных, записанных в январе и июле, чтобы учесть большие сезонные колебания.
Да, мы можем определить обитаемую планету
Главный результат исследования обнадеживает. Если бы космический телескоп, подобный LIFE, наблюдал за планетой Земля, он бы обнаружил признаки умеренного, пригодного для жизни мира. Объединив тепловые спектры из эмпирического набора данных наблюдений Земли, дополненного шумовой моделью LIFE для создания фиктивных наблюдений, команда смогла обнаружить атмосферные концентрации углекислого газа, воды, озона и метана в инфракрасных спектрах земной атмосферы, а также условия на поверхности, способствующие присутствию воды. Особенно важны данные по озону и метану, поскольку эти газы вырабатываются биосферой Земли.
Что еще более важно, эти результаты не зависят от геометрии наблюдений. Это очень хорошая новость, поскольку точная геометрия наблюдений для будущих наблюдений за землеподобными экзопланетами, вероятно, будет неизвестна.
Что касается сезонности, то здесь все немного сложнее. Необходимо учитывать зависящие от сезона атмосферные изменения, которые, безусловно, внесут погрешность в усредненные спектры. Однако в целом исследование показывает, что космические миссии следующего поколения, такие как LIFE, могут не только оценить, пригодны ли для жизни близлежащие экзопланеты с умеренным климатом (но и вообще обитаемы ли они).
С исследованием, опубликованным в журнале The Astrophysical Journal, можно ознакомиться .