Ученые стремились определить, какие признаки помогут обнаружить двойника Земли в отдаленных уголках космоса. Они провели моделирование, «переместив» нашу планету в другую звездную систему, и установили, что колебания ее светимости, вызванные вращением вокруг оси и движением по орбите, могли бы указать на ключевую особенность: этот мир скрыт под облаками.
Согласно базе данных На сегодняшний день Калифорнийский технологический институт (Caltech) зафиксировал около 5800 экзопланет. Среди них лишь несколько сотен представляют собой каменистые, похожие на Землю миры. Однако это не говорит о том, что они редки во Вселенной: обнаружить такие небольшие планеты с помощью телескопов значительно сложнее, чем газовые гиганты.
На данный момент достоверно не зафиксировано наличие атмосферы ни на одной из экзопланет, схожих с Землей. Существование атмосферы лишь предполагается для некоторых из них, например, для Проксимы Центавра b, вращающейся вокруг ближайшей к Солнцу звезды, и для планет системы TRAPPIST-1, находящейся на расстоянии 39 световых лет от нас.
Недавно американские и индийские астрономы поставили перед собой задачу: представить, как выглядела бы Земля, если бы мы рассматривали ее как отдаленную экзопланету. Исследователи создали модели наблюдений за такой «экзо-Земли» и опубликовали полученные результаты в научной статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.
Анализ показал, что наиболее заметным для наблюдателей была бы значительная изменчивость в яркости планеты. Это связано с тем, что Земля находится под слоем облаков, занимающих приблизительно 60 процентов её поверхности и состоящих из водяного пара. Облака обладают высоким альбедо – отражательной способностью, которая в пять-семь раз превышает отражательную способность океанов. В результате яркость планеты в видимом диапазоне может колебаться до 75 процентов. Это говорит о том, что «Земля» способна становиться на три четверти ярче или, наоборот, на столько же темнее, в зависимости от количества облаков в конкретный момент времени.
Исследователи подчеркивают, что облачный покров на Земле подвержен сезонным и суточным колебаниям. Так, в Северном полушарии наблюдается большая концентрация облаков в летние месяцы по сравнению с зимними. Соответственно, если бы мы рассматривали нашу планету как внеземной объект, то зафиксировали бы изменение ее светимости в течение года. Данная изменчивость может послужить важным индикатором наличия атмосферы, схожей с земной.
Облака также повышают заметность спектральных признаков, позволяющих определить состав атмосферы, включая наличие таких важных веществ, как вода, озон и молекулярный кислород. Следует отметить, что кислород рассматривается как один из биомаркеров, поскольку его обилие в атмосфере может свидетельствовать о наличии фотосинтеза на планете.
Действительно, существует важный фактор: высота облаков. Если они располагаются, скажем, на расстоянии двух-трех километров над поверхностью, это весьма благоприятно, поскольку облака усиливают сигнал от газов, находящихся над ними. Однако, если облака находятся высоко – на высоте 8-12 километров над планетой, они, напротив, закрывают нижние слои атмосферы и усложняют изучение их состава.
Исследователи полагают, что полученные сведения окажутся полезными при обработке информации, которую передаст новый космический телескоп Habitable Worlds Observatory (HWO). Запуск этого телескопа запланирован на 2040-е годы, и он будет оснащен передовыми инструментами для наблюдения за экзопланетами и изучения их атмосферы.