Существует ли другая Земля где-нибудь в нашей галактике? С недавним запуском космического корабля Кеплер, астрономы становятся все ближе и ближе к поиску планеты размером с Землю на подобной Земле орбите. Но как только этот поиск увенчается успехом, следующие вопросы будут стимулировать исследования: является ли эта планета пригодной для жизни? Есть ли у нее подобная Земле атмосфера? Отвечать на эти вопросы будет непросто. Но телескопом для этой задачи является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого запланирован на 2013 год. Два исследователя недавно изучили способность JWST характеризовать атмосферы гипотетических планет, подобных Земле, и обнаружили, что это телескоп. это позволило бы обнаружить определенные газы, называемые биомаркерами, такие как озон и метан, для близких миров размером с Землю. (См. Нашу связанную статью: Q & A с доктором Джоном Мезером на JWST.)
Благодаря большому зеркалу и расположению в точке L2 в космическом пространстве, космический телескоп Джеймса Вебба предоставит астрономам первую реальную возможность найти ответы на вопрос о обитаемости близких земных миров, говорит Лиза Кальтенеггер из Гарвард-Смитсоновского центра. для астрофизики и Уэсли Трауба из Лаборатории реактивного движения. «Нам действительно повезет расшифровать атмосферу планеты, подобной Земле, во время транзитного события, чтобы мы могли сказать, что она похожа на Землю», - сказал Калтенеггер. «Для этого нам понадобится сложить много транзитов - сотни, даже для звезд, находящихся на расстоянии около 20 световых лет».
«Несмотря на то, что это трудно, это будет невероятно захватывающее стремление охарактеризовать атмосферу далекой планеты», - добавила она.
В транзитном случае отдаленная, внесолнечная планета пересекает перед своей звездой, как видно с Земли. Когда планета движется, газы в ее атмосфере поглощают крошечную долю света звезды, оставляя отпечатки пальцев, характерные для каждого газа. Разделив свет звезды на радугу цветов или спектра, астрономы могут искать эти отпечатки пальцев. Kaltenegger и Traub изучали, будут ли эти отпечатки пальцев обнаруживаться JWST.
Техника транзита очень сложная. Если бы Земля была размером с баскетбольный мяч, атмосфера была бы такой же тонкой, как лист бумаги, поэтому полученный сигнал невероятно мал. Более того, этот метод работает только тогда, когда планета находится перед своей звездой, и каждый транзит длится не более нескольких часов.
Калтенеггер и Трауб сначала рассматривали мир, подобный Земле, вращающийся вокруг звезды, подобной Солнцу. Чтобы получить детектируемый сигнал от одного транзита, звезда и планета должны быть очень близко к Земле. Единственная достаточно близкая к Солнцу звезда - Альфа Центавра А. Такой мир еще не найден, но технология только сейчас способна обнаруживать миры размером с Землю.
В исследовании также рассматривались планеты, вращающиеся вокруг звезд красных карликов. Такие звезды, называемые типом М, наиболее распространены в Млечном Пути - гораздо чаще, чем желтые звезды типа G, такие как Солнце. Они также холоднее и тусклее Солнца, а также меньше, что облегчает нахождение планеты, подобной Земле, проходящей через М-звезду.
Подобный Земле мир должен был бы находиться на орбите рядом с красным карликом, чтобы быть достаточно теплым для жидкой воды. В результате планета будет вращаться быстрее, и каждый транзит будет длиться от нескольких часов до нескольких минут. Но это будет проходить больше транзитов за данный промежуток времени. Астрономы могут повысить свои шансы на обнаружение атмосферы, добавив сигнал от нескольких транзитов, делая красные карликовые звезды привлекательными целями из-за их более частых транзитов.
Подобный Земле мир, вращающийся вокруг звезды, такой как Солнце, будет подвергаться 10-часовому переходу один раз в год. Накапливание 100 часов наблюдений за транзитом займет 10 лет. Напротив, Земля, вращающаяся вокруг звезды красного карлика среднего размера, будет проходить один час каждые 10 дней. Накапливание 100 часов наблюдений за транзитом займет менее трех лет.
«Соседние звезды красных карликов предлагают наилучшую возможность обнаружения биомаркеров в атмосфере транзитной Земли», - сказал Калтенеггер.
«В конечном счете, прямое изображение - изучение фотонов света с самой планеты - может оказаться более мощным методом описания атмосферы миров, подобных Земле, чем метод транзита», - сказал Трауб.
Прямые исследования уже использовались для создания грубых карт температуры чрезвычайно горячих, гигантских внесолнечных планет. С приборами следующего поколения астрономы могут изучать составы атмосферы, а не только температуру. Характеристика «бледно-синей точки» является следующим шагом, будь то путем сложения сотен транзитов одной планеты или путем блокирования света звезды и непосредственного анализа света планеты.
В лучшем случае у Альфы Центавра А может оказаться транзитная планетоподобная планета, которую еще никто не заметил. Тогда астрономам понадобится лишь несколько транзитов, чтобы расшифровать атмосферу этой планеты и, возможно, подтвердить существование первой Земли-близнеца.
Источник: Гарвардский Центр Астрофизики
