Наука и Техника

Наука И Техника
25 июля 2014

Если нашу планету найдут инопланетяне, поймут ли что она населена жизнью?

Инопланетный космический корабль, спрятанный на околоземной орбите, смог бы увидеть огни городов и загрязнения нашей атмосферы. Но что, если бы он искал признаки жизни на Земле издалека?

Этот вопрос имеет большую актуальность для тех, кто ищет другие Земли за пределами нашей Солнечной системы. Космический телескоп «Кеплер» — лишь один из флотилии телескопов и космических аппаратов, которые ищут скалистые планеты вроде нашей. После того как становится известен размер и расположение дивного нового мира, следующим шагом будет изучение состава его атмосферы.

Издалека похожие на Землю миры проявляются как крошечные точки света, из которых, казалось бы, сложно узнать что-то грандиозное. Лучшее, что мы можем сделать с технологиями наших телескопов на данный момент — это определение нескольких атмосферных компонентов миров, которые больше Юпитера. Но это не значит, что мы должны отменять возможность обнаружения планеты, по размерам схожей с нашей собственной. Ведь телескопы становятся все мощнее и мощнее.

«Мы задумываемся о том, как использовать наблюдения самой Земли, чтобы понять те вещи, которые мы сможем сделать с возможностями телескопов будущих поколений», — говорит Роберт Фосбери, почетный астроном Европейской южной обсерватории (ESO), участвующий в исследовании.
Фосбери и ведущий научный сотрудник Фэй Ян, астроном ESO и Университета Академии наук Китая, наблюдали за тенью Земли во время лунного затмения. Хотя у ESO нет никаких прямых связей с астробиологией, Фосбери говорит, что ученые всегда задумываются о возможной жизни за пределами Земли.

Работа появилась в International Journal of Astrobiology, ее препринт доступен на arXiv.org.

Взгляд из тени

Основная часть наблюдений пришлась на полное лунное затмение 10 декабря 2011 года. Лунное затмение прошло между Луной и Солнцем и было видно везде, где небо было темным и ясным.

Лунное затмение проще наблюдать, чем солнечное, которое возникает, когда Луна проходит между Землей и Солнцем. Во время солнечного затмения тень Луны настолько мала, что создает лишь несколько коротких минут «полного затмения» и небольшую «дорожку» тени, наблюдаемую с поверхности Земли.

В своем исследовании ученые сделали наблюдения с помощью High Resolution Spectrograph, установленном на 2,16-метровом телескопе на станции Синлун в Китае, и направили телескоп на область возле лунного кратера Тихо, в месте, где у Луны высокая отражательная способность.

Ученые надеялись узнать больше о спектре Земли, который проявился в лунном отражении. Спектр — это группа цветов, которые составляют видимый свет и легче всего узнается в радуге. Некоторые элементы преимущественно излучают определенные длины волн света и поглощают другие. Используя спектрограф для изучения другой планеты, вы можете увидеть, какие атомы или молекулы присутствуют в ее атмосфере или поверхности.

Наблюдение за светом Земли, отраженным Луной, похоже на наблюдение за экзопланетами, проходящими перед своей родительской звездой (так называемый транзит), говорят астрономы. В обоих случаях обнаружение поглощающих молекул в атмосфере представляет собой процесс вычитания. В случае с экзопланетой астрономы сравнивают молекулярные поглощения в свете звезд до и после транзита. В случае с Луной — астрономы сравнивают элементы, обнаруженные в тени Земли и на Луне, когда она свободна от тени.

Во время затмения ученые наблюдали за спектрами Луны в тени Земли. Луна становится красной на это время, потому что большая часть света, который вы видите — это преломление солнечных лучей в атмосфере Земли (все закаты и рассветы на Земле одновременно). Ученые также оценили спектр Луны, когда она была полностью вне тени.

Вода и загрязнение

После удаления некоторых эффектов, порожденных местной атмосферой, ученые изучили спектр цветов, чтобы выяснить, какие молекулы стали видны. Были и сюрпризы.

К примеру, они не увидели столько же водяного пара, сколько наблюдали в ходе затмения в 2009 году, которое охватывало большую часть Северного полушария.

В новом исследовании ученые пришли к выводу, что отсутствие водяного пара объясняется тем, что «путь» транзита 2011 года проходил через Антарктику, чем и объясняется отсутствие большого количества воды — она заморожена.

Другой сюрприз — обилие двуокиси азота. Обычно диоксид азота рассматривается как загрязнитель, образованный в результате деятельности человека. Антарктика, однако, довольно бесплодна — но у нее есть вулкан.

«Мы обнаружили, что наблюдаемый след был близок к вулкану, и этот вулкан потенциально может производить двуокись азота», — рассказал Ян.
Он добавил, что может быть и другое объяснение. Например, вулкан (гора Эрабус) может быть недостаточно активным, чтобы произвести большое количество двуокиси азота. Дальнейшие исследования показали, что двуокись азота представляет собой биопродукт закиси азота (которую естественным образом вырабатывают микробы), которая затем задерживается в атмосфере и взаимодействует с озоном, создавая диоксид азота.

«Это было весной, а весной растаял лед, и, согласно вулканологам, таяние льда высвободило много закиси азота», — комментирует Фосбери.

Озон на других планетах

Если мы взглянем на Землю как на экзопланету, можно ли интерпретировать наличие диоксида азота как признак загрязнения, микробиологической жизни или действия вулкана? Фосбери говорит, что все зависит от контекста. Если планета изобилует вулканами на ее поверхности, вы можете предположить, что дело в них. Если их не видно, можно предположить наличие жизни, хоть и маловероятное. Как правило, наличие диоксида азота связано с загрязнением.

При поиске внеземной жизни химические загрязнения должны быть включены в список «признаков» жизни. Озон тоже можно наблюдать. Фосбери отметил, что на более высоких широтах, на краю тени Луны, можно наблюдать голубизну.

«Это один из показателей наличия больших объемов озона», — говорит ученый.
Озон также является причиной того, что небо голубое во время сумерек на рассвете, например. (Днем небо голубое из-за явления, которое называется рэлеевским рассеянием, которое преимущественно рассеивает голубой свет на пути от Солнца сквозь воздух).

«Озон — очень заметный и важный маркер для планет земного типа», — говорит Фосбери.
ESO, чьи астрономические мощности базируются в Чили, внесла по меньшей мере два серьезных вклада в исследование экзопланет. Детектор HARPS на 3,6-метровом телескопе «Ла Силья» зафиксировал небольшие вариации в звездных скоростях в зависимости от вращения планет на их орбитах. Этот инструмент был использован для первого в истории обнаружения экзопланеты.

Также в стадии строительства находится Европейский очень большой телескоп (E-ELT), 39-метровый монстр, который не только измерит скорости определенных планет, но и предоставит их фотографии, а также, возможно, характеризует их атмосферы. Эти исследования пригодятся, когда E-ELT и Космический телескоп Джеймса Вебба начнут работу.

«На протяжении длительного периода времени будет предостаточно инвестиций, — добавляет Фосбери. — Чем больше мы узнаем о практических последствиях таких наблюдений, тем более лучшую позицию мы занимаем, не только в плане наблюдений, но и в плане разработки необходимых инструментов».