Блики на жидкой поверхности могут выдать экзопланетные океаны. Но не все, что блестит — вода. Ученых могут ввести в заблуждение сжиженные газы и облака.
Астрономы нашли способ искать жидкую воду и другие присутствующие в большом количестве жидкости (например, жидкий азот или метан) на экзопланетах, до которых даже свету приходится добираться годами. Для этого не понадобится непосредственно рассматривать океан: достаточно поймать характерный блик отраженного света.
Идея основана на хорошо знакомом земном эффекте. Если солнечный свет падает на воду под небольшим углом, поверхность начинает работать почти как зеркало — на горизонте появляется яркая золотистая дорожка. В астрономии похожее отражение называют glint, или зеркальным бликом.
Именно такой сигнал предлагают использовать Элеонора Корниш и Тайлер Робинсон из Университета Аризоны. Их работа посвящена тому, сможет ли будущая космическая обсерватория NASA Habitable Worlds Observatory (HWO) обнаруживать океаны на планетах, похожих на Землю. Исследование опубликовано пока в виде препринта на arXiv и направлено на рецензию в The Astrophysical Journal.
Концепт телескопа «Обсерватория обитаемых миров» (Habitable Worlds Observatory, HWO).Главное — поймать планету в правильной фазе
Обычные поверхности — песок, камень или грунт — рассеивают свет во многих направлениях. Вода ведет себя иначе: при определенной геометрии она отражает свет в сторону наблюдателя.
Расчеты показали, что океанический блик можно отличить от отсутствия океана, если экзопланета наблюдается под фазовым углом более 120 градусов. Это существенно: прежние теоретические оценки указывали примерно на 130 градусов.
Разница в 10 градусов для космического телескопа совсем не мелочь. Чем больше фазовый угол, тем ближе планета оказывается к своей звезде с точки зрения наблюдателя. А одна из главных инженерных проблем HWO — как закрыть яркий свет звезды и одновременно разглядеть гораздо более тусклую планету рядом с ней. Дополнительный диапазон наблюдений дает конструкторам некоторый запас.
Есть у блика и любопытная особенность. При больших углах свет проходит более длинный путь через атмосферу планеты. Атмосфера сильнее рассеивает синие волны, поэтому отраженный океаном свет может приобретать красноватый оттенок. Исследователи называют это явление glint reddening (покраснение блика).
Для достоверности наблюдений нужно учитывать множество факторов — угол обзора экзопланеты, расстояние до звезды-хозяйки, состояние водной поверхности, коэффициент преломления жидкости и т.д.Океан уже однажды поймали — правда, по соседству
Метод не возник из воздуха. В 2009 году космический аппарат Cassini заметил зеркальный блик от углеводородных озер на Титане. А еще раньше ученые, работавшие с данными пролета аппарата Galileo, смогли увидеть аналогичное отражение от земных океанов.
Теперь задача гораздо сложнее: поймать такой сигнал у планеты, находящейся на расстоянии многих световых лет.
Для моделирования исследователи адаптировали инструмент rfast и добавили в него модель океана Cox–Munk, которая учитывает влияние скорости ветра и ряби на отражение света. В расчетах использовались разные уровни помех — и даже при довольно высоком шуме модель смогла различать планеты с океаном и без него при подходящем угле наблюдения.
Но расслабляться рано. Еще одна головная боль — облака. В базовой модели использовалось 50% облачного покрова, характерного для землеподобного мира. Плотные облака могут полностью спрятать океан, а некоторые высокие перистые облака, наоборот, способны создать ложный блик и заставить телескоп принять атмосферный эффект за отражение воды. Различать такие случаи предполагается в том числе по полосам поглощения газов и жидкой воды.
Отражение солнечного света в Атлантическом океанеЕсть и еще одна проблема: ученым не хватает наблюдений самой Земли в фазе тонкого серпа. Такие данные понадобятся в качестве своеобразной «шпаргалки», чтобы будущий телескоп понимал, как выглядит океанический блик «в натуре».
Таким образом, речь пока не идет о готовом способе обнаружить инопланетные океаны. Исследование показывает, какие условия должны быть выполнены, чтобы будущая обсерватория HWO вообще могла это сделать.
Научный контекст на Hi-Tech Mail
Тема поиска воды и обитаемых миров уже подробно разбиралась на Hi-Tech Mail. В недавней статье мы рассказали о том, почему наличия одной классической «зоны Златовласки» уже недостаточно для оценки перспектив планеты. О современных методах поиска признаков жизни по атмосферам экзопланет мы сообщили здесь.
Подледные океаны Титана могут таить примитивные формы жизни.Еще один материал посвящен каше из жидкого льда на Титане, под которой, тем не менее, может быть жизнь. А эта публикация ставит крест на поисках жизни в океанах знаменитой экзопланеты K2−18b.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
