В начале марта в космос был запущен космический телескоп Kepler для поиска планет, похожих на Землю, у других звёзд нашей Галактики. Пару недель назад официально завершилась фаза его испытаний и калибровки, и телескоп приступил к слежению за почти двумя сотнями тысяч звёзд на границе созвездий Лебедя и Лиры. Учёные надеются, что в ближайшие три года он сможет открыть несколько десятков, а в лучшем случае – и сотен планет размером с Землю, кружащихся на таких орбитах, где возможно существование жидкой воды.
Вода – молекула в космосе весьма распространённая. Её следы даже замечали в атмосферах внесолнечных планет – правда, так называемых «горячих юпитеров», на которых H2O может присутствовать только в виде пара. Тем не менее, если существование жидкой воды возможно, то она там вполне может быть.
Но как проверить, что она там на самом деле есть?
А значит, есть условия для существования жизни в том виде, в котором мы её знаем.
Непосредственно разглядеть поверхность такой маленькой планеты, как наша Земля, на расстояниях даже в несколько световых лет вряд ли станет возможным в обозримом будущем. Сейчас мы едва-едва умудряемся различить диски крупных звёзд, а «земли» даже в стометровый телескоп будут выглядеть, как «бледные голубые точки» – точь-в-точь по Карлу Сагану, описавшему так снимок Земли, сделанный одним из аппаратов Voyager с далёких окраин нашей планетной системы.
Остаётся выглядывать в далёком космосе океаны по каким-то косвенным признакам. В начале XXI века астрономы под руководством Эрика Форда предложили искать блики от жидкой воды. В отличие от твёрдой поверхности, которая рассеивает свет, как матовая поверхность, гладкая вода блестит, как глянец. А значит, при изменении взаимного положения инопланетного океана, хозяйской звезды и наблюдателя яркость бледной точки будет время от времени резко подскакивать, когда изображение звезды будет попадать в океан, и так же резко падать, когда в нужной точке поверхности планеты снова окажется материк. Однако над жидкими океанами неизбежно будут появляться облака, и как показали более правдоподобные расчёты, солнечные зайчики окажутся почти неразличимыми на фоне белых облаков, рассеивающих свет в небе над далёкой планетой.
Другая идея – следить за изменениями цвета планеты. При вращении планеты на её освещённой звездой части будут появляться то океаны, то континенты, и это должно каким-то образом отразиться на спектральном составе излучения, составляющего «бледную голубую точку». Она будет становиться чуть более голубой, когда в освещённой части окажется океан, и чуть менее голубой, когда планета повернётся в эту область континентом.
Будет ли этого изменения цвета достаточно для того, чтобы заметить смену океанов и материков под облаками над правдоподобной «землёй»?
Чтобы ответить на этот вопрос, учёные проверили идею на единственной подобной Земле планете, известной человечеству на сегодняшний день, – самой Земле.
Статья астрономов под руководством аспиранта Университета американского штата Вашингтон Николаса Кована принята к публикации в августовском выпуске Astrophysical Journal и доступна в архиве электронных препринтов Корнельского университета.
Год назад космический аппарат Deep Impact провёл три серии наблюдений Земли с расстояний от 17 до 33 миллионов километров. В каждой серии 30-сантиметровая камера аппарата в течение суток сделала около сотни фотографий нашей планеты в 7-ми спектральных фильтрах – от синего до ближнего инфракрасного диапазона. Это позволило получить настоящие цветные видеоролики вращения нашей планеты.
Самым известным результатом этой работы стал видеоролик, составленный из наблюдений от 28 мая прошлого года, во время которых Deep Impact поймал прохождение Луны по диску нашей планеты. Анализ этого случая Кован и его коллеги оставили «на сладкое», а в текущей статье сконцентрировались на двух других сериях наблюдений – от 18 марта и 6 июня.
Чтобы смоделировать условия наблюдения внесолнечных планет, учёные проинтегрировали блеск Земли по всей её отлично разрешаемой Deep Impact'ом поверхности. Получились 7 (по числу фильтров) кривых блеска «бледных голубых точек», в отличиях которых друг от друга и прячется секрет Полишинеля – наличие океанов и материков на Земле. Для правдоподобия учёные также добавили к реальным данным шум на уровне 2–3% – такой ожидается неточность наблюдений блеска землеподобной планеты, расположенной на расстоянии в 30 световых лет, при часовых экспозициях 16-метровым космическим телескопом будущего (проект ATLAST).
Базовым, «средним цветом Земли», что неудивительно, оказался цвет облаков, которые покрывают планету более или менее равномерным на глобальных масштабах слоем. Этот цвет по большей части серый (равномерный по фильтрам) с небольшой голубоватой компонентой. Однако при дальнейшем анализе данных методом главных компонент (PCA, principal component analysis), который широко применяется, к примеру, в популяционной генетике,
выявились две комбинации цветов, которые в сумме отвечают за 98% всей вариации цвета с фазой вращения Земли.
Это «цветовые отличия» каких-то двух важных компонентов вращающейся Земли. Как мы с вами прекрасно знаем, речь идёт о «голубоватых» океанах и «красноватых» материках. Но догадаться, что на нашей планете есть два основных типа поверхности, смогли бы и инопланетяне, и уж если они смогут построить 16-метровый космический телескоп, им должно хватить фантазии, что два компонента – это вода и суша.
Кован и его коллеги тем временем двинулись дальше и даже попытались составить карту распределения суши и вод по поверхности Земли на основании этих данных. Понятно, что «картой» её можно назвать лишь условно: при вращении планета подставляет внешнему наблюдателю разные долготы, но условия наблюдения по широте лишь незначительно меняются от сезона к сезону. Тем не менее определить распределение океанов и материков хотя бы по долготе – уже большое достижение.
«Газета.Ru» предлагает читателю самому определить, насколько его впечатляет это достижение в сравнении с реальной географической картой. Однако если представить, что подобная карта была бы составлена не для Земли, а для какой-то внесолнечной планеты, ей бы точно нашлось место на наших самых заметных страницах.
Конечно, новый метод сработает не всегда. Например, если бы материки обнимали экватор планеты ровным слоем, то вся работа завершилась бы ещё на стадии выделения главных компонент цветовых отличий – кривые блеска не менялись бы при вращении планеты. Ничего не получилось бы (ровно по той же причине), и если бы планета была повёрнута к нам своим полюсом или вовсе не вращалась. Однако такие случаи для планет, подобных Земле, всё-таки из разряда «патологических».
А вот для того, чтобы определить наиболее подходящих кандидатов для подробного спектрального изучения будущими очень крупными телескопами, метод подойдёт. Осталось дождаться открытия первой подобной Земле планеты на орбите, подобной земной. Команда Kepler'а надеется представить их список примерно через три года.