Команда астрономов из Университета штата Огайо исследовала способность будущих телескопов обнаруживать химические следы кислорода, углекислого газа, метана и воды на 10 скалистых экзопланетах. Эти элементы являются биосигналами, также обнаруживаемыми в атмосфере Земли, которые могут предоставить ключевые научные доказательства существования жизни.
Исследование показало, что для пары из этих близлежащих миров, Проксимы Центавра b и GJ 887 b, эти телескопы обладают большим опытом обнаружения потенциальных биосигналов. Полученные данные показывают, что только на Проксиме Центавра b аппараты смогли бы обнаружить углекислый газ, если бы он присутствовал. Хотя не было обнаружено ни одной экзопланеты, в точности повторяющей ранние условия жизни на Земле, эта работа предполагает, что при более детальном изучении такие уникальные Суперземли — планеты более массивные, чем Земля, но меньшие, чем Нептун, — могли бы стать подходящей целью для будущих исследовательских миссий.
Чтобы продолжить поиск обитаемых планет, Хуэйхао Чжан, ведущий автор исследования и старший преподаватель астрономии в университете штата Огайо, и его коллеги также стремились определить эффективность специализированных инструментов для получения изображений, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и другие чрезвычайно большие телескопы (ELTs), такие как Европейский чрезвычайно большой телескоп, Тридцатиметровый телескоп и Гигантский Магелланов телескоп, при непосредственном получении изображений экзопланет.
"Не каждая планета подходит для прямой визуализации, но именно поэтому моделирование дает нам приблизительное представление о том, что могли бы дать ELT и какие обещания они должны нести, когда будут построены", - сказал Чжан.
Прямой метод получения изображений экзопланет включает использование коронографа или звездной тени, блокирующей свет звезды-хозяина, что позволяет ученым получить слабое изображение нового мира на орбите. Но поскольку их обнаружение таким способом может быть сложным и отнимать много времени, исследователи стремились увидеть, насколько хорошо телескопы ELT могут справиться с этой задачей.
Для этого они проверили способность инструментов каждого телескопа отличать универсальный фоновый шум от планетарного, который они стремились уловить при обнаружении биосигналов; это называется отношением сигнал / шум, и чем оно выше, тем легче обнаружить и проанализировать длину волны планеты.
Результаты показали, что режим прямой визуализации одного из европейских приборов ELT, называемого ELT Imager and Spectrograph в средней инфракрасной области, показал лучшие результаты для трех планет (GJ 887 b, Proxima b и Wolf 1061 c) в определении присутствия метана, углекислого газа и воды, в то время как его монолитный оптический спектрограф с высоким угловым разрешением и интегральный полевой спектрограф в ближней инфракрасной области может обнаруживать метан, углекислый газ, кислород и воду, но требует гораздо большего времени экспозиции.
Кроме того, поскольку эти выводы касались инструментов, которые должны будут проникать сквозь химический туман атмосферы Земли для продвижения поиска космической жизни, их сравнили с текущими космическими возможностями JWST, сказал Чжан.
"Трудно сказать, лучше ли космические телескопы, чем наземные, потому что они разные", - сказал он. "У них разное окружение, разные местоположения, и их наблюдения оказывают разное влияние".
В данном случае результаты показали, что, хотя GJ 887 b является одной из наиболее подходящих целей для прямой визуализации ELT, поскольку его местоположение и размер приводят к особенно высокому отношению сигнал / шум, для некоторых транзитных планет, таких как система TRAPPIST-1, методы изучения атмосфер планет JWST более подходят для их обнаружения, чем прямая съемка с ELT на Земле.
Но, по словам Чжана, поскольку в исследовании использовались более консервативные данные, истинная эффективность будущих астрономических инструментов все еще может удивить ученых. Помимо тонких контрастов в характеристиках, эти мощные технологии расширяют наше понимание Вселенной и призваны дополнять друг друга, сказал Джи Ван, соавтор исследования и доцент кафедры астрономии в университете штата Огайо. По его словам, необходимы исследования, подобные этому, которые оценивают ограничения этих технологий.
"Важность моделирования, особенно для миссий, стоимость которых составляет миллиарды долларов, невозможно переоценить", - сказал Ван. "Людям приходится не только создавать аппаратное обеспечение, они также очень стараются смоделировать производительность и быть готовыми к достижению этих великолепных результатов".
По всей вероятности, поскольку ELTS не будет завершен до конца десятилетия, следующие шаги исследователей будут сосредоточены на моделировании того, насколько хорошо будущие инструменты ELT будут использовать для изучения тонкостей безудержных доказательств существования жизни на нашей собственной планете.
"Мы хотим увидеть, до какой степени мы можем изучить нашу атмосферу до мельчайших деталей и сколько информации мы можем извлечь из нее", - сказал Ван. "Потому что, если мы не сможем ответить на вопросы о пригодности для жизни атмосферы Земли, то мы никак не сможем начать отвечать на эти вопросы вокруг других планет".
Источник: The Astronomical Journal, Университет штата Огайо
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На изображении:
Мы выбираем 10 и 5 планет-кандидатов вокруг ближайших звезд для ELT / HARMONI и ELT / METIS соответственно. Поскольку пространственное разрешение ELT / HARMONI меньше диапазона построения графика, мы показываем пространственное разрешение ELT / METIS только вертикальной пунктирной синей линией. Планеты, расположенные справа от пунктирной линии, являются подходящими планетами для ELT / METIS. Все цветные точки являются подходящими планетами для ELT / HARMONI. Размер цветной точки пропорционален радиусу планеты. Цвет точки основан на равновесной температуре. Все цветные точки данных являются планетами-кандидатами, перечисленными в таблице 1. Критерии выбора приведены в разделе 2.1. Серыми точками обозначены другие экзопланеты из NEA, которые менее подходят для прямой визуализации с помощью ELT
Дополнительные материалы
