После нескольких десятилетий простого поиска экзопланет человечество начинает иметь возможность делать что-то большее – заглядывать в их атмосферу. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) уже начал изучать атмосферы некоторых более крупных экзопланет вокруг более ярких звезд. Но во многих случаях ученые все еще разрабатывают модели, которые объясняют, из чего состоит атмосфера планеты, и соответствуют полученным данным. Новое исследование исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Американского университета и Университета Мэриленда рассматривает, как может выглядеть один конкретный атмосферный процесс на экзопланете – вулканизм.
Однако в документе есть несколько предостережений. Во-первых, сама модель предназначена для «экзоЗемли» — планеты, эквивалентной Земле, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу. Даже JWST недостаточно мощный, чтобы получить спектрографические данные атмосферной планеты такого размера, независимо от того, насколько близко она находится. Итак, авторы делают некоторые предположения относительно следующего поколения больших космических телескопов – в частности, они имеют в виду проект LUVOIR, о котором мы сообщали ранее.
Предполагая, что следующий великий космический телескоп сможет собирать данные, как планировалось, все равно необходимо понимать, какие данные поступают. В частности, понимать, чем вызваны провалы в спектрах и какие, если таковые имеются, возникают конкретные закономерности, которые могут быть связаны с действующие вулканы.
Эти вулканы, вероятно, будут выбрасывать диоксид серы и сульфатные аэрозоли в атмосферу экзоземли. Чтобы смоделировать внедрение этих материалов, авторы обратились к программе моделирования под названием «Модель химического климата системы наблюдения Земли Годдарда» (GEOSCCM). Эта модель позволяет исследователям манипулировать определенными аспектами атмосферы и наблюдать за результатами в течение длительного периода времени.
В данном конкретном случае исследователи смоделировали эффект извержения вулкана, выбрасывая в атмосферу одно или несколько количеств диоксида серы каждые три месяца в течение четырех лет. Затем они наблюдали эффекты в течение некоторого времени после того, как вулкан перестал «извергаться» (то есть, когда они перестали вводить диоксид серы в модель), чтобы они могли сделать вывод о составе атмосферы планеты, находящейся в процессе восстановления после продолжительного извержения.
В анализе исследователя выделились три основные спектральные линии. Все три были связаны с кислородом — O2 (вещество, пригодное для дыхания), O3 (озон) и старый добрый H20. Каждый из этих трех спектральных сигналов претерпел серьезные изменения во время извержений, а затем эти изменения обратились вспять, когда извержения прекратились.
Одной из особенностей, которая выделялась, была спектральная линия озона (O3). Во время фазы извержения он постоянно уменьшался, что, вероятно, было вызвано его превращением в серную кислоту. Однако после извержений количество озона в смоделированной атмосфере снова начало расти, демонстрируя такую же устойчивость, как и наш собственный озоновый слой, на который в прошлом столетии повлияло использование ХФУ.
Имея в виду ожидаемые результаты, исследователи подсчитали, сколько времени, по их мнению, понадобится телескопу, такому как LUVOIR, чтобы наблюдать за конкретной экзопланетой и найти эти характерные спектральные линии, которые могли бы указать, существует ли на планете активный вулканизм. Озон был относительно простым, поскольку требовал всего 6 часов наблюдения. Напротив, водяной пар было сложнее определить количественно, поскольку это могло занять всего 9 часов или вообще невозможно, в зависимости от изменчивости сигнала.
Подобные исследования будут иметь решающее значение для успеха любой будущей миссии большого космического телескопа, и LUVOIR или его эквиваленту будет на что посмотреть, когда (и если) он будет запущен. Поэтому в ближайшем будущем потребуется множество других исследований, подробно описывающих, какие особенности мы можем ожидать увидеть. Но сейчас, по крайней мере, мы будем знать, на что обращать внимание, если увидим вулканы на планете, похожей на нашу.
Узнать больше:
Остберг и др. – Перспективы обнаружения вулканических сигнатур на экзоземле с помощью прямой визуализации
UT — Суперземная (и, возможно, размером с Землю) экзопланета, обнаруженная в обитаемой зоне
UT – Может ли JWST отличить экзо-Землю от экзо-Венеры?
UT – Земля для инопланетян – экзопланета. Это то, что они увидят
Ведущее изображение:
LP 791-18 d, показанная здесь в концепции художника, представляет собой мир размером с Землю, расположенный примерно в 90 световых годах от нас.
Фото: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Крис Смит (KRBwyle)
