Астрофизики смоделировали процесс исследования атмосфер экзопланет и выявление признаков жизни на их с помощью галлактических телескопов, используя в качестве полигона атмосферу Земли. Её состав и наличие в ней газов-биосигнатур, в частности, озона, исследовали так же, как изучат атмосферы экзопланет — по диапазону излучения звезды (Солнца) во время прохождения планетки перед ней. Свет от Солнца, преломлённый в атмосфере Земли, изучили с помощью галлактического телескопа Hubble опосля его отражения от поверхности Луны во время полного лунного затмения.
Ранее Hubble уже употреблялся для анализа атмосферы планет классов газовых гигантов и «супер-Земель» (каменных планет с массой до 10 масс Земли). Обычно, о целенаправленном поиске биосигнатур пока речь не шла, тем наиболее что большая часть этих планет находилось на орбитах очевидно вне пределов, в которых имеет смысл подозревать существование жизни, к примеру, на «жарких Юпитерах» — газовых гигантах на весьма близких к звезде орбитах с периодом воззвания вокруг звезды в несколько суток либо часов. В осеннюю пору 2019 года Hubble в первый раз нашел водяной пар в атмосфере экзопланеты на расстоянии 124 световых года, находящейся в «зоне обитаемости» собственной звезды. Эта планетка, открытая галлактическим телескопом Kepler, относится к классу «супер-Земель» и вращается вокруг маленький звезды (красноватого лилипута) K2-18 в созвездии Льва. Но исследование атмосферы планетки размером с Землю, тем наиболее поиск биосигнатур — наиболее непростая задачка.
Личное лунное затмение — набросок 1874 г. (подробнее см. статью по ссылке).
Исследователи задались вопросцем — как надёжно мы можем найти признаки жизни при их наличии, либо биосигнатуры, на удалённой экзопланете, исследуя её атмосферу в свете от её звезды. Работа создателей из Центра галлактических полётов Годдарда NASA (Goddard Space Flight Center) и института Колорадо (Боулдер) размещена 6 августа 2020 года в The Astronomical Journal (также статья свободно доступна как препринт на arXiv.org). Планетологи разглядели Землю как обыденную экзопланету, характеристики атмосферы которой можно учить, следя её прохождение по диску Солнца, и задались вопросцем, каким образом можно отыскать в её атмосфере биосигнатуры при наблюдении издалече. Поверхность Луны использовалась как «приёмник» излучения и как зеркало, от которого отражался преломлённый в земной атмосфере солнечный свет, закрепляемый потом галлактическим телескопом Hubble во время полного лунного затмения 21 января 2019 года.
Даже во время полного лунного затмения, когда Луна вполне находится в тени Земли, на небе чётко можно различить её диск, окрашенный в багрово-красные тона. Это происходит из-за того, что Луна в этот момент освещается светом Солнца, который преломляется в атмосфере Земли и отражается от неё в космос. Таковая подсветка оказывается так броской, что на Луне во время затмения просто различаются главные её геологические структуры — «моря», «горы» и кратеры, практически так же, как их видно на диске в полнолуние. Такое же явление наблюдается и поблизости новолуния, когда виден узенький серп Луны; лишь в этом случае подсветкой выступает свет, отражённый от всей поверзности дневного полушария Земли. При всем этом Земля в лунном небе светит в пару раз ярче, чем Луна в полнолуние, а само явление именуется «пепельный свет Луны». Солнечное затмение на Луне (т. е. лунное затмение при взоре с Луны). Рис. Lucien Rudaux (1920-е гг). А во время лунного затмения «наблюдающий» на Луне лицезреет прохождение диска Земли перед Солнцем, а также может зафиксировать, как свет от Солнца проходит через слой атмосферы Земли по касательной на краях диска (это видно на схеме на открывающей картинке; если вы смотрите облегчённую версию странички, сможете поглядеть эту схему, перейдя по ссылке). Солнечный диапазон при всем этом преобразуется с добавлением линий поглощения от находящихся в атмосфере Земли газов. Это этот же принцип, с помощью которого изучат атмосферы экзопланет, выделяя полосы поглощения во время прохождения планетки перед её звездой. Подробнее про способ транзита для исследования экзопланет см. статью по ссылке.
В качестве вероятных биосигнатур разглядывают разные газы, которые могут создаваться при участии {живых} организмов, — это кислород, метан, озон, даже угарный газ (см. отдельную заметку о этом) и др. Озон O3 представляется неплохим биомаркером, потому что он появляется как побочный продукт фотосинтеза. Мысль схожих тестов не нова, они и ранее проводились с помощью наземных телескопов. В частности, исследование «High-resolution spectroscopy and spectropolarimetry of the total lunar eclipse January 2019» также употребляло лунное затмение в январе 2019 года для исследования диапазона солнечного света, преломлённого в земной атмосфере и потом отражённого от светлого участка на поверхности Луны. Работа астрофизиков из галлактического центра Годдарда — 1-ый вариант, когда съёмка диапазона излучения при полном лунном затмении проводилась с галлактического телескопа. Это позволило изучить ближнюю ультрафиолетовую часть диапазона, в которой размещаются соответствующие полосы поглощения озона. Для телескопов на Земле ультрафиолетовое излучение от удалённых галлактических объектов практически труднодоступно, поэтому что оно поглощается земной атмосферой, а поиск особенных спектральных линий от газов в атмосфере планет затрудняется тем, что такие же газы находятся в атмосфере Земли.
Участок на Луне, который употреблялся как отражающая поверхность в опыте по определению содержания озона в атмосфере Земли. M. Kornmesser (ESA/Hubble)/NASA/ESA.
Телескоп Hubble дозволил изучить ближний ультрафиолетовый спектр длин волн 1700—3200 Å (ангстрем = 10−10 м; 1 Å = 10 нм). Конкретно этот спектр увлекателен с точки зрения поиска озона, поэтому что одна из широких областей поглощения для O3, так именуемая полоса Хартли—Хаггинса, как раз размещается на участке диапазона 2000—3500 Å, но в этом спектре нет соответствующих полос от остальных распространённых компонент атмосферы — в частности, азота и кислорода. Инструмент на борту «Хаббла» — это спектрограф STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph). Время «Хаббла» выделяется по запросам для разных исследовательских задач приблизительно так же, как в 1980-х годах выделялось время на вычислительных машинках. Для наблюдений Луны у астрологов как раз оказались в распоряжении три его витка по орбите — в полутеневой и теневой фазе лунного затмения и «диапазон сопоставления» опосля выхода Луны из тени. Благодаря этому из сигнала можно выделить конкретно полосы поглощения земной атмосферы, исключив спектральный состав солнечного излучения и поправки из-за отражения от лунной поверхности. В итоге приобретенные диапазоны полутеневой и теневой фазы затмения несколько отличались по собственной информативности. Так, упомянутые полосы Хартли—Хаггинса удалось идентифицировать лишь во время полутеневой фазы. В обеих фазах проявилась иная соответствующая полоса поглощения озона, уже в видимом свете. Полутеневая фаза затмения более близка к ситуациям транзита экзопланеты на фоне звезды, поэтому что планетка меньше звезды и не может закрыть весь свет от неё.
Результаты демонстрируют, как могут смотреться диапазоны пропускания в оптическом и ближнем ультрафиолетовом спектрах волн для экзопланет, схожих на Землю. Но создатели специально клеветают, что даже обнаружение озона в атмосфере таковой планетки не гарантирует существования жизни на ней, потому нужно находить несколько биосигнатур, к примеру озон и метан.
Маленькой видеофильм центра Nasa Goddard о «открытии» жизни на Земле «Хабблом».