Пять спутников миссии LIFE соединены в большой космический телескоп. Фото: ETH Zurich / инициатива LIFE.
Физики из ETH Zurich и Цюрихского университета хотели знать, сможет ли запланированная космическая миссия LIFE действительно обнаружить следы жизни на других планетах. Да, может, говорят исследователи, с помощью наблюдений за нашей собственной планетой.
Это было продемонстрировано в исследовании, проведенном Институтом физики элементарных частиц и астрофизики в ETH Zurich. Конечно, в намерения исследователей не входило ответить на вопрос, возможна ли жизнь на самой Земле. Вместо этого они использовали Землю в качестве примера, чтобы доказать, что запланированная космическая миссия LIFE (Большой интерферометр для экзопланет) может быть успешной — и что запланированная процедура измерений работает.
В поисках жизни
Международная инициатива LIFE, возглавляемая ETH Zurich, с помощью сети из пяти спутников надеется однажды обнаружить следы жизни на экзопланетах. Целью проекта является проведение более детального изучения экзопланет земного типа — каменистых планет, которые похожи на Землю по размеру и температуре, но вращаются вокруг других звезд.
План состоит в том, чтобы разместить пять спутников меньшего размера в космосе рядом с космическим телескопом Джеймса Уэбба. Вместе эти спутники образуют большой телескоп, который будет действовать как интерферометр, улавливая инфракрасное тепловое излучение экзопланет. Спектр света затем можно использовать для определения состава этих экзопланет и их атмосфер. «Наша цель — обнаружить химические соединения в световом спектре, которые намекают на жизнь на экзопланетах», — объясняет Саша Кванц, возглавляющий инициативу LIFE.
Земля как скромное пятнышко
В исследовании, которое только что было опубликовано в The Astrophysical Journal, исследователи Жан-Ноэль Меттлер, Бьорн С. Конрад, Саша П. Кванц и Равит Хеллед исследовали, насколько хорошо миссия LIFE может охарактеризовать обитаемость экзопланеты. С этой целью они решили относиться к Земле как к экзопланете и проводить наблюдения на нашей родной планете.
Уникальность исследования заключается в том, что команда проверила возможности будущей миссии LIFE на реальных, а не на смоделированных спектрах. Используя данные одного из атмосферных измерительных приборов на спутнике НАСА Aqua Earth, они сгенерировали спектры излучения Земли в среднем инфракрасном диапазоне, которые могут быть зарегистрированы в будущих наблюдениях экзопланет.
Два соображения были центральными в проекте. Во-первых, если бы большой космический телескоп наблюдал за Землей из космоса, какой инфракрасный спектр он бы записал? Поскольку Землю можно было бы наблюдать с большого расстояния, она выглядела бы как скромное пятнышко без узнаваемых особенностей, таких как море или горы. Это означает, что спектры тогда будут представлять собой пространственные и временные средние значения, которые будут зависеть от того, какие виды планеты будет снимать телескоп и в течение какого времени.
Как перспектива и времена года влияют на наблюдения?
Отсюда физики вывели второе соображение своего исследования: если бы эти усредненные спектры были проанализированы для получения информации об атмосфере и состоянии поверхности Земли, каким образом результаты зависели бы от таких факторов, как геометрия наблюдений и сезонные колебания?
Исследователи рассмотрели три геометрии наблюдения — два вида с полюсов и дополнительный экваториальный вид — и сосредоточились на данных, записанных в январе и июле, чтобы учесть наибольшие сезонные колебания.
Успешная идентификация как обитаемая планета
Ключевые выводы исследования обнадеживают. Если бы космический телескоп, такой как LIFE, наблюдал за планетой Земля, он обнаружил бы признаки умеренного, пригодного для жизни мира. Команда смогла обнаружить концентрации атмосферных газов CO2, воды, озона и метана в инфракрасных спектрах атмосферы Земли, а также условия на поверхности, благоприятствующие появлению воды. Доказательства существования озона и метана особенно важны, поскольку эти газы производятся биосферой Земли.
Как показали исследователи, эти результаты не зависят от геометрии наблюдения. Это хорошая новость, поскольку точная геометрия наблюдения для будущих наблюдений экзопланет земного типа, вероятно, будет неизвестна.
Однако при сравнении сезонных колебаний результат оказался менее показательным. «Даже если наблюдать сезонность атмосферы нелегко, наше исследование показывает, что космические миссии следующего поколения смогут оценить, являются ли близлежащие экзопланеты с умеренным климатом, подобные Земле, обитаемыми или даже обитаемыми», — говорит Кванц.
