RW Space

Какой Земля покажется инопланетным астрономам? Что бы их наблюдения сказали им о Земле, если бы они, как и мы, искали в небе признаки обитаемости? Это забавный мысленный эксперимент.

Но это больше, чем просто забава: он поучителен с научной точки зрения. Во многих отношениях легче изучить нашу планету и то, как она выглядит, а затем экстраполировать эти результаты по мере их развития.

Новое исследование показывает, что обнаружение свидетельств жизни на Земле может зависеть от времени года. наблюдают.

Ничто в космической науке не вызывает такого большого энтузиазма, как поиск потенциально обитаемой планеты. Заголовки распространяются по Интернету, как вирус, с небольшими мутациями от сайта к сайту.

Пока что у нас есть только проблески и намеки на экзопланеты, которые могут поддерживать жизнь. Нам предстоит пройти долгий путь.

Потребуется много научных и новаторских рассуждений, прежде чем мы дойдем до того момента, когда сможем сказать: «Да. Эта далекая планета пригодна для жизни».

Новое исследование может быть частью того, чтобы добраться до этой точки, изучая внешний вид Земли в разные времена года.

Исследование называется «Земля как экзопланета: II. Переменное во времени тепловое излучение Земли». и его атмосферная сезонность биоиндикаторов». Он доступен на сайте допечатной подготовки arXiv.org, а ведущий автор — Жан-Ноэль Меттлер. Меттлер учится в докторантуре факультета физики ETH Zurich, изучает экзопланеты и обитаемость.

Исторические корни этого типа исследований восходят к [19]70-м годам, когда космические корабли посещали планеты в нашей Солнечной системе. Система. Пионер 10 и 11 (Юпитер и Сатурн) и Вояджер 1 и 2 (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) совершили облет некоторых братьев и сестер Земли.

Это было началом более глубокой характеристики Земли. другие планеты. Измеряя ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, ученые многое узнали о свойствах планетарных атмосфер, поверхностей и общего энергетического баланса.

Но сегодня мы живем во времена науки об экзопланетах. Мы применяем тот же тип наблюдений к планетам, удаленным от нас на световые годы.

Невероятное разнообразие обнаруженных нами планет интересно само по себе, но если в науке об экзопланетах и ​​есть Святой Грааль, то у него есть быть обитаемым. Мы хотим знать, живет ли что-то еще где-то там.

По мере развития наших технологий астрономы получают все более мощные инструменты для изучения далеких планет. Технологическая цивилизация в другом месте Млечного Пути, вероятно, сделала бы то же самое.

В этом исследовании изучается спектр инфракрасного излучения Земли, влияние различных геометрий наблюдений на эти спектры и то, как наблюдения будут выглядеть для гораздо большего числа людей. удаленный наблюдатель.

Исследователи также оценили, как смена времен года влияет на спектры. «Мы узнали, что в спектре теплового излучения Земли существует значительная сезонная изменчивость, а сила спектральных характеристик биоиндикаторов, таких как N₂O, CH₄, O ₃ и CO₂ сильно зависят как от времени года, так и от геометрии обзора».

В исследовании рассматривались четыре различные геометрии наблюдений: по одной, каждая из которых была сосредоточена на Северный и Южный полюса, один на экваторе Африки и один на экваторе Тихого океана.

Спектры наблюдались 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.

«Вместо этого, — говорится в документе, — существует значительная сезонная изменчивость в спектре теплового излучения Земли, а интенсивность особенностей поглощения биосигнатур сильно зависит как от времени года, так и от геометрии обзора. «

Исследователи также обнаружили, что тепловое излучение сильно различается в зависимости от геометрии. Изменчивость показаний над сушей с течением времени была намного выше, чем над океанами. Африканский экваториальный вид и вид с северного полюса были сосредоточены на массивах суши и показали большую изменчивость.

«В частности, вид с полюса в северном полушарии (NP) и вид с экватора с центром в Африке (EqA) показали годовая изменчивость составляет 33 процента и 22 процента при пиковой длине волны Земли ≈ 10,2 мкм соответственно», — говорится в документе.

Но термическая стабильность океанов означала меньшую изменчивость. «С другой стороны, просмотр геометрии с высокой долей моря, такой как полюс южного полушария (SP) и экваториальный вид с центром в Тихом океане (EqP), показывает меньшую годовую изменчивость из-за большой тепловой инерции океанов. «

Общий вывод из этого исследования заключается в том, что живая, динамичная планета, такая как Земля, не может быть охарактеризована одним спектром теплового излучения. Слишком много всего происходит здесь, на Земле, и это исследование даже не углубилось в облака и их влияние.

«В будущем необходимо изучить, как доля облаков, сезонность облаков и их термодинамические фазовые свойства влияют на обнаружение и результат атмосферной сезонности», — пишут авторы.

Авторы говорят, что некоторые вариации незначительны и их будет трудно распутать при наблюдении за далекими планетами. Грязные данные могут скрыть их.

«Даже для Земли и особенно для экваториальных изображений вариации характеристик потока и силы поглощения в данных, интегрированных с диском, невелики и обычно составляют ≈ 10 процентов. шум в будущих наблюдениях за экзопланетами будет проблемой».

Сложность Земли делает ее сложной целью для такого типа наблюдений, и авторы признают это.

«Эта сложность делает удаленные очень сложно охарактеризовать планетарную среду», — объясняют они.

«Используя Землю в качестве испытательного стенда, мы узнали, что планета и ее характеристики не могут быть описаны одним спектром теплового излучения, а могут быть описаны многоэтапными измерениями, желательно как в отраженном свете, так и в тепловом излучении.»

Большинство наших обнаружений экзопланет основано на нескольких прохождениях этих планет перед своими звездами. У этого есть свои ограничения.

Космический телескоп Джеймса Уэбба нацелен на изучение спектров некоторых экзопланет с большей мощностью, поэтому мы приближаемся к тому дню, когда нам нужно будет лучше понять, что мы видим.

В этом исследовании был проверен новый метод наблюдения за экзопланетами в среднем инфракрасном диапазоне, а не в отраженном свете. Несмотря на сезонные колебания и наблюдаемые изменения геометрии, «… мы обнаружили, что наш результат относительно нечувствителен к дневным или сезонным эффектам, в отличие от измерения отраженного света».

Меттлер и его коллеги считают их метод может предоставить уникальные данные для наблюдений экзопланет в отраженном свете.

«Поэтому мы приходим к выводу, что наблюдение экзопланет с тепловым излучением может предоставить уникальную и дополнительную информацию, необходимую для характеристики планет земной группы вокруг других звезд. .»

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.