W ciągu ostatnich dziesięciu lat nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania i badań planet poza Układem Słonecznym, czyli egzoplanet.
W tym czasie odkryto większość z 4 tysięcy znanych nam egzoplanet. To właśnie w tym okresie proces stopniowo zaczął przechodzić od etapu odkrywania do etapu uczenia się. Ponadto w nadchodzących dziesięcioleciach instrumenty nowej generacji pozwolą na prowadzenie badań, które dostarczą dokładnych informacji o strukturze powierzchni i atmosferze egzoplanet.
Naturalnie pojawia się tutaj pytanie: co zobaczyłyby bardziej zaawansowane cywilizacje, gdyby badały naszą planetę? Korzystając z danych o wielopasmowym promieniowaniu Ziemi, zespół naukowców z California Institute of Technology był w stanie stworzyć mapę, która daje wyobrażenie o tym, jak Ziemia może wyglądać dla odległych obserwatorów spoza Układu Słonecznego. Oprócz zaspokojenia prostej ciekawostki naukowej, badanie to może również pomóc astronomom w przyszłości w rekonstrukcji cech powierzchni „planet podobnych do Ziemi” nadających się do życia.
Artykuł badawczy, w którym opisano ustalenia grupy, został opublikowany w Astrophysical Journal Letters zatytułowanym Earth as an Exoplanet: A 2D Map for Aliens. W skład zespołu badawczego, kierowanego przez Siteng Fana, wchodziło również kilku naukowców z Wydziału Nauk Geologicznych i Planetarnych (GPS) Kalifornijskiego Instytutu Technologii oraz Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA.
Poszukując potencjalnie zdatnych do zamieszkania planet poza Układem Słonecznym, naukowcy są dziś zmuszeni do zastosowania metody pośredniej. Biorąc pod uwagę, że większości egzoplanet nie można bezpośrednio badać, to znaczy uzyskać bezpośredniego obrazu w celu ustalenia składu ich atmosfery lub cech powierzchni, naukowcy muszą zadowalać się wskaźnikami, na podstawie których można ocenić, jak bardzo planeta jest podobna do Ziemi.
Jak powiedział Siteng Fan w rozmowie z Universe Today, wynika to z wielu ograniczeń, z którymi obecnie muszą się zmagać astronomowie badający egzoplanety.
Film promocyjny:
„Po pierwsze, obecne badania egzoplanet nie dają jeszcze jasnego wyobrażenia o minimalnych wymaganiach, jakie planeta musi spełniać, aby była odpowiednia dla ludzkiego życia. Istnieją pewne kryteria, ale nie jesteśmy pewni, czy są wystarczające lub konieczne. Po drugie, nawet przy tych kryteriach, obecnych metod obserwacji nie można nazwać wystarczająco skutecznymi, aby potwierdzić potencjalną przydatność do życia, zwłaszcza jeśli chodzi o egzoplanety, takie jak Ziemia, ze względu na trudność ich wykrycia”.
Opierając się na fakcie, że Ziemia jest jedyną planetą zdolną do utrzymania życia, zespół naukowców postawił hipotezę, że zdalne obserwacje Ziemi mogą dostarczyć informacji potrzebnych do wykrycia planet nadających się do zamieszkania. „Ziemia jest jedyną znaną nam planetą, na której żyje” - powiedział Fan. „Badanie tego, co mogą dostrzec obserwatorzy z odległego punktu we Wszechświecie, daje nam wskazówki i wskazówki w naszych poszukiwaniach egzoplanet, które mogą nadawać się do zamieszkania”.
Jednym z najważniejszych elementów klimatu Ziemi, który ma kluczowe znaczenie dla wszelkiego życia na jej powierzchni, jest trójfazowy obieg wody. Mowa o obecności pary wodnej w atmosferze, chmur, które są nagromadzeniem skroplonej wody i lodu, a także zbiorników wodnych na powierzchni planety.
Można je więc postrzegać jako potencjalne oznaki przydatności do życia, a nawet oznaki jego istnienia, które można obserwować z dużej odległości. Wynika z tego, że umiejętność identyfikacji struktury powierzchni i obecności chmur na egzoplanetach jest kluczowym wymogiem, który musi zostać spełniony w badaniach, aby ustalić ich potencjalną zdolność do zamieszkania.
Aby określić, jak Ziemia wyglądałaby dla odległych obserwatorów, naukowcy zebrali około 10 000 zdjęć wykonanych przez satelitę NASA Deep Space Climate Observatory (DSCOVR). Zdjęcia były robione w okresie dwóch lat (2016-2017) średnio co 68-110 minut. Byli w stanie uchwycić światło odbite od atmosfery ziemskiej na różnych długościach fal.
Phan i jego koledzy następnie połączyli obrazy w celu utworzenia 10-punktowego widma odbicia, które zostało następnie zintegrowane z dyskiem Ziemi. Powstały obraz jest zgodny z tym, jak Ziemia mogłaby wyglądać dla obserwatora oddalonego o wiele lat świetlnych, gdyby badał Ziemię przez dwa lata.
Po przeanalizowaniu uzyskanych krzywych i porównaniu ich z oryginalnymi obrazami, naukowcy ustalili, które parametry tych krzywych odpowiadają powierzchni Ziemi i zachmurzeniu. Następnie wybrali te wskaźniki, które są najbardziej związane z ziemią i dostosowali je, aby uwzględnić 24-godzinny obrót Ziemi. W rezultacie powstała mapa konturowa pokazana na rysunku, która z grubsza odpowiada widokowi Ziemi z odległości kilku lat świetlnych.
Czarne linie przedstawiają cechy powierzchni i z grubsza odpowiadają linii brzegowej głównych kontynentów. Zielone strefy z grubsza reprezentują pozycje Afryki (w środku), Azji (na górze po prawej), obu Ameryk (po lewej) i Antarktydy (na dole). To, co leży między nimi, to oceany świata, gdzie płytsze obszary zaznaczono na czerwono, a głębsze na niebiesko.
Taka wizualizacja, zastosowana do krzywych blasku odległych planet, mogłaby pozwolić astronomom ocenić, czy egzoplaneta ma oceany, chmury i czapy lodowe, to znaczy dowiedzieć się wszystkiego, co jest konieczne, aby uznać ją za potencjalnie nadającą się do zamieszkania.
Siteng Phan podsumował: „Analiza krzywych blasku w tej pracy jest ważna dla określenia cech geologicznych i systemów klimatycznych na egzoplanecie. Okazało się, że zmiany krzywej jasności Ziemi są spowodowane głównie chmurami i granicą ląd-ocean. Oba te czynniki są krytyczne dla możliwości życia na Ziemi. Zatem egzoplanety, takie jak Ziemia, które mają takie cechy, najprawdopodobniej nadają się do zamieszkania”.
W niedalekiej przyszłości instrumenty nowej generacji, takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), umożliwią najbardziej szczegółowe badania egzoplanet. Ponadto oczekuje się, że instrumenty naziemne, które wejdą do służby w następnej dekadzie, takie jak Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope (TMT) i Giant Magellanic Telescope (GMT), umożliwią bezpośrednią eksplorację. małe skaliste planety krążące wokół swoich gwiazd.
Dzięki badaniom, które pomagają określić strukturę powierzchni i warunki atmosferyczne, astronomowie mogą wreszcie z całą pewnością stwierdzić, które egzoplanety nadają się do zamieszkania, a które nie. Innymi słowy, przy odrobinie szczęścia odkrycie Ziemi-2, a nawet kilku Ziem, może nie być daleko.
Igor Abramov
