Что увидят инопланетяне, если посмотрят на Землю издалека

Изучение экзопланет значительно продвинулось за последние 10 лет. За это время было обнаружено большинство из 4000 известных нам планет у других звезд.

Также в это время процесс начал переходить от открытий к характеристикам. Более того, приборы следующего поколения смогут проводить исследования, которые позволят многое узнать о поверхности и атмосфере экзопланет.

Естественно, возникает вопрос: что увидят достаточно продвинутые виды, изучая нашу планету? Используя многоволновые данные Земли, команда ученых из Калифорнийского технологического института смогла построить карту того, как Земля будет выглядеть для отдаленных наблюдателей из космоса.

Помимо решения проблемы любопытства, это исследование могло бы также помочь астрономам реконструировать поверхностные особенности «похожих на Землю» экзопланет в будущем.

Исследование, которое описывает выводы группы ученых, под названием «Земля как экзопланета: двумерная карта пришельцев», недавно появилось в журнале Science Mag и запланировано к публикации в «The Astrophysical Journal Letters». Исследование было проведено Ситенгом Фаном и его коллегами из Отдела геологических и планетарных наук (GPS) Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения НАСА.

При поиске потенциально обитаемых планет за пределами нашей Солнечной системы ученые вынуждены использовать косвенный подход.

Учитывая, что большинство экзопланет не могут наблюдаться непосредственно, чтобы узнать их состав атмосферы или особенности поверхности, ученые довольствуются указаниями, которые показывают, насколько планета похожа на Землю.

Это отражает ограничения, с которыми астрономы и исследователи экзопланет в настоящее время вынуждены бороться.

«Во-первых, текущие исследования экзопланет не выяснили, какие наименьшие требования предъявляются к обитаемости. Есть некоторые предложенные критерии, но мы не уверены, являются ли они достаточными или необходимыми. Во-вторых, даже с этими критериями современные методы наблюдения не подходят, чтобы подтвердить обитаемость, особенно на земноподобных экзопланетах из-за сложности их обнаружения» — говорит Ситенг Фан.

Учитывая, что Земля — ​​единственная известная нам планета, способная поддерживать жизнь, ученые предположили, что дистанционные наблюдения Земли могут выступать в роли посредника для обитаемой экзопланеты, наблюдаемой далекой цивилизацией.

«Земля — ​​единственная известная нам планета, которая содержит жизнь», — сказал Фан. «Изучение того, как Земля выглядит для дальних наблюдателей, дало бы нам представление о том, как найти потенциальные обитаемые экзопланеты».

Одним из наиболее важных элементов Земли (и который имеет решающее значение для всей жизни на ее поверхности) является круговорот воды, который имеет три различные фазы. К ним относятся наличие водяного пара в атмосфере, облака конденсированной воды и частиц льда, а также наличие водоемов на поверхности.

Поэтому их наличие можно рассматривать как потенциальные признаки обитаемости и даже признаки жизни (биосигнатуры), которые можно наблюдать на расстоянии. Следовательно, способность идентифицировать поверхностные элементы и облака на экзопланетах была бы необходима, чтобы наложить ограничения на их обитаемость.

Чтобы определить, как Земля будет выглядеть для удаленных наблюдателей, ученые собрали 9740 снимков Земли, которые были сделаны спутником НАСА (DSCOVR). Снимки делались каждые 68–110 минут в течение двухлетнего периода (2016 и 2017 гг.) И им удалось захватить свет, отраженный от атмосферы Земли на нескольких длинах волн.

Затем исследователи объединили изображения, чтобы сформировать 10-точечный спектр отражения, нанесенный на график во времени, который затем был интегрирован по земному диску. Это эффективно воспроизводило то, на что Земля могла бы походить, если бы кто-то наблюдал Землю в течение двухлетнего периода с расстояния в несколько десятков световых лет.

«Мы обнаружили, что второй основной компонент кривой блеска Земли сильно коррелирует с земной долей освещенного полушария (r ^ 2 = 0,91)», — сказал Фан. «В сочетании с геометрией просмотра реконструкция карты становится проблемой линейной регрессии».

После анализа полученных кривых и сравнения их с исходными изображениями исследовательская группа обнаружила, какие параметры кривых соответствуют земле и облачности. Затем они выбрали параметры, которые наиболее тесно связаны с площадью суши, и скорректировали ее с учетом 24-часового вращения Земли, что дало им контурную карту (показанную выше), которая представляла, как будет выглядеть кривая света Земли на расстоянии нескольких световых лет.

Черные линии представляют параметр поверхностного элемента и примерно соответствуют береговой линии основных континентов. Они также окрашены в зеленый цвет, чтобы обеспечить приблизительное представление об Африке (в центре), Азии (вверху справа), Северной и Южной Америке (слева) и Антарктиде (внизу).

То, что находится между ними, представляет океаны Земли с более мелкими участками, обозначенными красным, а более глубокие — синим.

Эти виды представлений, применительно к кривым блеска отдаленных экзопланет, могут позволить астрономам оценить, есть ли у экзопланеты океаны, облака и ледяные шапки — все необходимые элементы «земноподобной» (или обитаемой) экзопланеты.

«Анализ кривых блеска в нашей работе имеет значение для определения геологических особенностей и климатических систем на экзопланете. Мы обнаружили, что в изменении кривой блеска Земли преобладают облака и земля / океан, которые имеют решающее значение для жизни на Земле. Следовательно, подобные Земле экзопланеты, которые несут в себе такие черты, с большей вероятностью будут обитаемые».

В ближайшем будущем приборы следующего поколения, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), позволят проводить самые детальные исследования экзопланет, которые невозможны на сегодняшний день. Кроме того, наземные приборы, которые появятся в следующем десятилетии, такие как Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT), Тридцатиметровый телескоп (TMT) и Гигантский Магелланов телескоп (GMT), — как ожидается, позволят проводить прямые исследования небольших скалистых землеподобных планет.

Благодаря исследованиям, которые помогают определить особенности поверхности и атмосферные условия, астрономы, наконец, смогут с уверенностью сказать, какие экзопланеты пригодны для обитания, а какие — нет. Если повезет, открытие Новой Земли может случится в недалеком будущем!