Вчені шукають віддалене життя у місячному світлі
Але що він міг уловити з такої дистанції? Чи було помітне життя, рослинність, ознаки розуму? Ці питання поставив 1993 року Карл Саган. Результати показали, що апарат зафіксував безліч інформації, що підтверджують життя на нашій планеті. А значить, будь-яка інша форма, якщо пройде на достатньо відстані, то це помітить.
Відомостей було дуже багато: велика кількість поверхневої води, кисень, метан, озон, радіосигнали та інше. Але Саган зосередився на потужному відображенні ближнього інфрачервоного кольору у земному спектрі. «Червоний край» свідчить про присутність «пігменту, що приймає світло, у фотосинтетичній системі». Інакше кажучи, ми отримали підпис рослинності. Тобто зонди на кшталт Галілео мають без проблем знайти всі ці ознаки на інших об'єктах, якщо вони, звісно, є.
Але тут йшлося про кілометри, а ми плануємо дослідити об'єкти, віддалені на світлові роки. Чи можна буде помітити червоний край за таких умов? Вчені зацікавлені у тому, щоб відповісти на це запитання.
Пілар Монтанес-Родрігез із Сонячної обсерваторії «Великий Ведмідь»
Коли ви шукаєте планети з ознаками життя, важливо розуміти, що саме шукати. Пілар Монтанес-Родрігез наголошує на присутності атмосферних газів. Необхідно виявити комбінації, на кшталт кисню та метану, кисню та води, озону та вуглекислого газу.
Але це лише вказує на наявність мікробних форм, які існували на планеті мільярди років до появи багатоклітинних організмів. Знайти щось складніше (рослини) набагато складніше. Для цього потрібно покладатися на червоний край. Але чи можна його виявити?
У місячному світлі
У дослідника, який вивчає спектральні підписи планет, не великийвибір об'єктів. Саган, Палле та Монтанес-Родрігез зосередилися на найбільш вивченій планеті – Землі. Здається, що з такою багатою історією завдання має бути простим. Адже якщо Галілео зробив це з великої дистанції, то орбітальні супутники можуть нас забезпечувати інформацією хоч щодня. Адже так? Ні, вони не збираються цього робити.
Суть у цьому, що дослідження екзопланет відрізняється від огляду близьких об'єктів. Апарат, що пролетів на дистанції 1000 км, може буквально розглянути географічні особливості та вказати потужний червоний край на місцях з рослинністю (на зразок лісів Амазонки). Але над океанами чи пустинами край себе не проявляв. Те саме стосується й орбітальних супутників, закріплених на різних регіонах.
Коли йдеться про екзопланети, то дистанція все ускладнює. Ми не зможемо не тільки зрозуміти, де розташовані області з океанами, пустельми та рослинністю, але й дізнатися, чи є вони взагалі. У нас на руках є лише загальний спектр, тому червоний край буде не сконцентрований на точках, а розбавлений. А може, й зовсім не проявиться?
Земне сяйво
Якщо супутники та космічні апарати не можуть виміряти інтегрований земний спектр, то як його отримати? З земного світла. Адже ви знаєте, що Місяць змінює свій зовнішній вигляд. Яскрава частина освітлюється Сонцем, а темна розташована у тіні. Але вона все ж таки не зникає повністю, а видає слабке світіння, відбите від Землі. Це і є земне сяйво.
Якщо пряме спостереження відстежує світло, відбите від конкретних областей, то вся земна куля відображає амальгаму світла від половини земної поверхні. Оскільки ми беремо за основу один спектр, то земне сяйво – ідеальне уявлення про те, як нашу планету побачить віддалений спостерігач.
Полювання за червоним краєм
Щоб підтвердити здогад, Палле і Монтанес-Родрігез вирішили порівняти дані з фактичним охопленням хмар та зеленим покриттям. Це допомогло створити комп'ютерну модель, що об'єднала відбите світло від різних регіонів. Вона точно передбачила спектр земної поверхні.
Це довело, що вони можуть продемонструвати спектр будь-якої ночі, якщо є інформація про хмарне покриття. Отримавши такий сильний інструмент, вчені могли розглянути проблему з іншого боку. Червоний край був ледь вловимий, але це не говорить про марність методу для пошуку рослинності. Може існують умови, за яких сигнал помітний краще?
Перше, що спадає на думку, – відстежувати вночі, коли небо ясне. Але тут ми зіткнемося з помилкою. Хмари завжди покривають приблизно 60% поверхні. Тобто її хмарність буде завжди однаковою. Яким же має бути ідеальний день для пошуку?
Чому тоді сигнал першої ночі був слабким? Тут слід враховувати, що розмір області, що у процесі, може кардинально змінюватися. Коли ми спостерігаємо за Місяцем, то бачимо його зміни (освітлення Сонцем). Якби ви стежили за Землею із супутника, то відзначили б той самий ефект. Звісно, лише світлі ділянки допомагають виникнути сяйві. Вони можуть бути неймовірно вузькими і слабкими або вкривати половину планети, коли вона освітлена. Виходить, що були моменти, коли наша планета "кишела" життям, а були дні повної тиші.
Не забуватимемо, що освітленість може випадати на зони з океанами, сушею або щільно вкриті хмарами, тому ефект не завжди примітний і кардинально відрізняється. Виходить, що червоний край просто поглинається цими факторами.
Дослідники виявили зачіпку, а саме тонкий зазор.Наша планета обертається, тому якщо великий відсоток світла помічається над Америкою, відбитий до Місяця, це відзначатиметься над материком, а чи не океаном. Тобто ділянки з рослинністю з сигналом червоного краю повинні легко знаходитися і не перекриватиметься світлом пустель.
Те саме стосується хмар. Хмарні ділянки однаково вносять певну кількість світла. Але якщо складова частина представлена вузькою щілиною, все змінюється. Цей зазор періодично буде покритий хмарами, але він все ж таки потім потраплятиме на територію, позбавлену «перешкод», і вловлюватиме рослинність.
Тобто, ми направляємо на Землю, що обертається, скануючий промінь. Він проходитиме по всіх зелених місцях, і ми отримаємо сигнали червоного краю у певні моменти. А ось на місцях океанів і пустель він мовчатиме. Це і продемонстровано з датами потрапляння на Азію, Африку та Південну Америку.
Але наша планета – це не найкращий приклад для дослідження. Адже ми покриті здебільшого водою, тому можна застосувати для пошуку лише вузьку смугу і чекати, коли трапиться область, що відповідає вимогам.
До інших планет
Як це допоможе у пошуках на інших планетах? Ну, від початку здається, що ніяк. У нашому випадку ми виходимо з особливості Землі, положення Місяця та Сонця. Майбутнім місіям потрібно буде шукати відображення від конкретної планети, а чи не гіпотетичного супутника. Це буде дуже складний процес, тим більше, що наш світ є унікальним випадком, оскільки отримати відображення світла від супутника в інших об'єктах неможливо.
Але Монтанес-Родрігез із цим не згодна. Екзопланети мають фази, що нагадують те, що ми бачимо, дивлячись на Місяць. Коли планета відходить на протилежний бік від зірки, здається повною. Вона також обертається,тому виходить на точку, де розташована ближче до нас. Але вона може ховатися за зіркою, демонтуючи лише світлову смугу. При правильному виборі дня можна просканувати планету і знайти червоний край.
Місяць та екзопланети Ми бачимо, що Місяць змінює вигляд залежно від фаз. Це можна застосувати і до інших планет. Необхідно шукати червоний край, коли вона "нова" і ми бачимо лише вузьку смугу
Як завжди, вчені пропонують нам гарну новину та погану. Почнемо із негативу. Щоб знайти червоний край у віддаленій планеті, потрібно дивитися на неї вздовж лінії, наближеної до площини її орбітального шляху. Якщо вона відхилена, ми просто не побачимо «фази». Але навіть за ідеальних умов ми помічаємо край у момент слабкості планети. Це трапляється, коли вона розташована близько до зірки. Але це викликає труднощі, тому що доведеться ізолювати світло самої зірки. Тому потрібна техніка в 10 разів чутливіша за сучасну.
Але є і хороша новина. Червоний край можна знайти, якщо знаємо точне місце. Зараз у нас немає інструментів, але в майбутньому цей метод стане в нагоді. І тоді ми зрозуміємо, що не одні у Всесвіті і десь є рослинність, вода, а можливо і розумні форми життя.