Поиск экзопланет в последние десятилетия резко активизировался благодаря обсерваториям и инструментам нового поколения. Согласно текущим подсчетам, в 4310 системах имеется 5766 подтвержденных экзопланет, еще тысячи ожидают подтверждения. Поскольку существует так много планет, которые предстоит изучить, исследования экзопланет и астробиология переходят от открытия к описанию. По сути, это означает, что астрономы достигают того момента, когда они могут напрямую получать изображения экзопланет и определять химический состав их атмосфер.
Как всегда, конечная цель — найти земные (скалистые) экзопланеты, которые «обитаемы», то есть могут поддерживать жизнь. Однако наши представления об обитаемости сосредоточены в первую очередь на сравнении с сегодняшней Землей (то есть «землеподобной»), которая в последние годы все чаще подвергается сомнению. В недавнем исследовании группа астробиологов изучила, как Земля изменилась с течением времени и как появились разные биосигнатуры. Их результаты могут помочь в будущих поисках экзопланет с помощью телескопов следующего поколения, таких как Обсерватория обитаемых миров (HWO), запуск которой запланирован на 2040-е годы.
Исследование возглавил Кеннет Гудис Гордон, аспирант Группы планетарных наук Университета Центральной Флориды (UCF). К нему присоединились исследователи из Института SETI, группы виртуальной планетарной лаборатории Вашингтонского университета, Центра НАСА по изучению экзопланетных систем (NESS), Отдела космических наук и астробиологии Исследовательского центра Эймса НАСА, а также Сотрудничества Селлерса по экзопланетной среде (Nexoplanet Environments Collaboration). SEEC) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА и Лаборатории реактивного движения НАСА. Статья, описывающая их выводы, рассматривается к публикации. Астрофизический журнал.
Как заявляет команда в своей статье, текущее количество экзопланет включает более 200 планет земной группы, десятки из которых наблюдались в обитаемой зоне (HZ) своих звезд-хозяев. Благодаря таким инструментам следующего поколения, в ближайшие годы ожидается еще больше Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и Чрезвычайно Большой Телескоп ESO (ELT). Оснащенные современными спектрометрами, адаптивной оптикой и коронографами, эти и другие телескопы позволят охарактеризовать экзопланеты, идентифицировать биосигнатуры и определить их обитаемость.
Это сложная проблема, поскольку необходимо учитывать ряд различных планетарных, орбитальных и звездных параметров. На сегодняшний день Земля — единственная известная планета, на которой есть жизнь, что ограничивает наши перспективы. Но, как Гудис Гордон сообщила Universe Today по электронной почте, это не единственный способ ограничения исследований обитаемости:
«В настоящее время известна только одна планета, на которой поддерживается жизнь: наша Земля. Однако, когда мы думаем об обитаемости, мы склонны применять этот термин только к современным земным условиям: крупномасштабной растительности, животным, людям и т. д. Это может существенно ограничить наш подход к поиску обитаемых экзопланет, поскольку дает нам только одну точка данных для сравнения.
«Но из биогеохимического анализа мы знаем, что Земля — это не просто точка данных и что наша планета на самом деле была пригодна для жизни на протяжении многих эпох. «Таким образом, лучшее понимание особенностей Земли по мере ее развития дает нам больше точек сравнения при поиске обитаемых миров в других местах».
Например, жизнь на Земле возникла во время эона Археона (около 4 миллиардов лет назад), когда атмосфера состояла преимущественно из азота, углекислого газа, метана и благородных газов. В позднем палеопротерозое (около 2,5–1,6 миллиардов лет назад) крупное событие обогащения кислородом произошло после миллиарда лет цианобактериального фотосинтеза. Этот период длился от 2,46 до 2,06 миллиардов лет назад и привел к переходу атмосферы Земли из восстановительной атмосферы в окислительную, что привело к появлению более сложных форм жизни.
За тот же период Солнце претерпело эволюционные изменения за последние 4,5 миллиарда лет. В то время Солнце было на 30% тусклее, чем сегодня, и с тех пор постепенно становилось ярче и жарче. Тем не менее, Земля сохраняла жидкую воду на своей поверхности, и жизнь выжила и продолжала процветать. Сложная взаимосвязь между развивающейся атмосферой Земли и эволюцией нашего Солнца является ключом к сохранению обитаемости в течение миллиардов лет. Как объяснила Гудис Гордон:
«Кроме того, текущие стратегии описания экзопланет обычно основаны исключительно на неполяризованном свете, получаемом от этих миров. Исследования показали, что это может привести к ошибкам в определении потоков и вырождениям в расчете параметров планет». функции. Из-за этого чрезвычайно сложно увидеть, какие газы содержатся в атмосфере или из чего состоят облака или дымка, блокирующая свет».
В последние годы в нескольких исследованиях изучались характеристики потока и поляризации света, отраженного от ранней Земли. Другие моделировали различные сценарии на протяжении архея, протерозоя (от 2,5 до 541 миллиона лет назад) и фанерозоя (от 538,8 миллиона лет назад до настоящего времени). Наконец, в некоторых исследованиях было проанализировано, как будут меняться характеристики этих ранних аналогов Земли, когда они вращаются вокруг разных типов звезд. Но, как отметил Гудис Гордон, почти все эти исследования были сосредоточены на неполяризованном потоке из этих миров, поэтому они упустили часть информации, доступной в свете:
«Поляризация — более чувствительный инструмент, чем чистые наблюдения за потоками, и может улучшить характеристики экзопланет. Поляриметрия чрезвычайно чувствительна к физическому механизму рассеяния света, что позволяет точно охарактеризовать свойства атмосферы и поверхности планеты. Кроме того, поскольку поляризация измеряет свет как вектор, она чувствительна к расположению объектов на планете, например. B. Распределение облаков и суши, а также суточное вращение и сезонная изменчивость. Внутри Солнечной системы поляриметрические наблюдения помогли охарактеризовать облака Титана, Венеры и газовых гигантов, а за ее пределами поляриметрия использовалась для характеристики свойств облаков коричневых карликов. В большинстве этих случаев характерное открытие было возможно только с помощью поляриметрии!»
Это может иметь глубокие последствия для изучения и характеристики экзопланет в ближайшем будущем. Используя расширенную концепцию обитаемости, которая учитывает эволюцию Земли с течением времени и извлекает выгоду из изучения поляризованного света, астрономы, вероятно, идентифицируют гораздо более пригодные для жизни планеты, когда станут доступны обсерватории следующего поколения, такие как HWO. Планы по созданию этой обсерватории основаны на двух предыдущих концепциях миссий — Большом ультрафиолетовом оптическом инфракрасном обзоре (LUVOIR) и Обсерватории обитаемых экзопланет (HabEx).
На основе этих предыдущих исследований и опыта, полученного астрономами в результате работы с предыдущими миссиями по охоте за экзопланетами, т.е. Хаббл, Кеплер, Транзитный спутник исследования экзопланеты (ТЭСС) и JWST– HWO будет специально разработан для изучения «атмосфер экзопланет на предмет возможных доказательств жизни» (также называемых «биосигнатурами») и определения того, являются ли они потенциально обитаемыми планетами. Как предположил Гудис Гордон, исследования его команды могут помочь в будущих исследованиях с использованием HWO и других обсерваторий следующего поколения:
«Наши модели предоставляют больше данных, с которыми мы можем сравнивать наблюдения за экзопланетами земной группы, помогая поддерживать исследования обитаемости этих миров». Кроме того, в последние годы в сообществе экзопланет наблюдается стремление включить поляриметрию. Интеграция обсерваторий». ближайшем будущем, такие как Чрезвычайно Большие Телескопы на Земле или Обсерватория Обитаемых Миров в космосе. Мы надеемся, что наши модели помогут продемонстрировать возможности поляриметрии в характеристике и различении различных сценариев обитаемости экзопланет, что невозможно при наблюдениях неполяризованных потоков».
Дальнейшее чтение: arXiv
