Проблема определения характеристик Проксимы b
Проксима b, ближайшая к Земле экзопланета, имеет массу, схожую с массой нашей планеты. Получая около 65 % солнечной энергии, которую получает Земля, эта планета, в зависимости от ее прошлой эволюции, потенциально может обладать океанами и богатой кислородом атмосферой.
Несмотря на то, что эта планета является нашим ближайшим соседом и представляет собой перспективную цель для поиска внеземной жизни, остается одна трудность: классические методы обнаружения признаков жизни не приспособлены для Проксимы b.
Преобладающим методом обнаружения экзопланет является транзитный. Принцип заключается в следующем: планета периодически проходит перед своей звездой с нашей точки зрения, что приводит к регулярному уменьшению звездной светимости.
Когда свет звезды проходит через атмосферу экзопланеты, определенные длины волн также поглощаются, создавая отчетливую картину поглощения. Анализируя эти картины, можно определить наличие в атмосфере экзопланет определенных молекул, таких как вода, углекислый газ и другие соединения. Однако у Проксимы Центавра B нет планетарного транзита. Ее открытие основано на особом подходе, называемом доплеровской спектроскопией.
Говоря конкретнее, наблюдая за светом, излучаемым Проксимой Центавра, исследователи обнаружили небольшое красно-синее смещение во времени, что свидетельствует о ее движении. Другими словами, звезда очень неуловимо двигалась к нам и от нас. Эти движения вызваны гравитационными силами, которые оказывает Проксима b.
Хотя такой подход позволил получить информацию о размере и массе экзопланеты, отсутствие транзита перед звездой ограничивает нашу возможность наблюдать спектр поглощения ее атмосферы, что возвращает нас к недавней работе.
Отражение звездного света
Новое исследование предлагает альтернативный подход к обнаружению жизни, основанный на отражении звездного света атмосферой планеты. По сути, вместо того чтобы анализировать свет, проходящий непосредственно через атмосферу, нужно исследовать свет, непосредственно отраженный планетой. Этот метод, уже используемый для таких планет, как Марс и внешние планеты, не проходящие перед Солнцем, можно применить и к экзопланетам.
Однако существует серьезная проблема: свет, отраженный планетой, крайне слаб по сравнению с яркостью звезды-хозяина. Обнаружение отраженного света от планеты сродни попытке уловить свечение светлячка вблизи прожектора.
Поэтому астрономы стали использовать «маски» (коронографы), чтобы блокировать центральную яркость звезды и таким образом наблюдать любые планеты вокруг нее. Эта техника уже применялась для непосредственного изучения массивных газообразных планет, вращающихся вокруг звезд, но она еще не была полностью использована для изучения миров размером с Землю.
Чрезвычайно большой телескоп
В рамках этой работы исследователи изучили потенциал Чрезвычайно большого телескопа, строящегося в настоящее время на севере Чили, и, в частности, его инструмента HARMONI. Этот телескоп — амбициозный проект, возглавляемый Европейской южной обсерваторией (ESO). Это оптический и инфракрасный телескоп диаметром 39 метров, призванный стать крупнейшим телескопом такого рода в мире. ELT (Extremely Large Telescope) призван сыграть важную роль в развитии наблюдательной астрономии, предлагая непревзойденные возможности для изучения экзопланет, далеких галактик, сверхновых и многого другого.
Ключевым компонентом ELT является монолитный оптический интегральный полевой спектрограф с высоким угловым разрешением в ближней инфракрасной области (HARMONI). HARMONI предназначен для получения спектральных данных высокого разрешения в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Это универсальный прибор, обладающий возможностями визуализации, спектроскопии и поляриметрии в сочетании с высоким угловым разрешением. Прежде всего, он позволит астрономам детально изучить химический состав, динамику и другие характеристики небесных объектов.
Необходимы некоторые корректировки
Для этого исследования исследователи смоделировали наблюдения Проксимы Центавра, используя эффект маскировки, чтобы изолировать свет от ее экзопланеты. Главный вопрос заключался в том, сможет ли HARMONI собрать достаточно данных высокого разрешения, чтобы обнаружить какие-либо биогенные молекулы.
В итоге выяснилось, что в текущей конфигурации это невозможно, так как коронограф слишком велик и загораживает большую часть света, идущего от экзопланеты. Однако исследователи нашли возможность изменить его конфигурацию таким образом, чтобы можно было изучить атмосферу Проксимы Центавра B.
Хотя эти модификации не являются ни простыми, ни экономичными, они могут быть оправданы, если учесть, что Проксима Центавра B — главный кандидат в список миров, которые мы планируем посетить в первую очередь при отправке зондов за пределы нашей Солнечной системы. Перспектива обнаружения потенциальной жизни поставит эту соседнюю экзопланету на первое место в списке приоритетов для межзвездных исследований. Однако нам придется запастись терпением, поскольку открытие телескопа, первоначально запланированное на 2024 год, в итоге намечено на 2027 год.