Когда видимая с Земли часть Луны представляет собой узкий серп, остальная её часть может быть подсвечена рассеянным в атмосфере Земли солнечным светом. Данное явление называется «пепельным светом Луны», а в старину на Руси про него говорили «старый месяц в объятиях молодого».
Международный коллектив ученых во главе с Михаэлем Стерциком из ESO провел наблюдения пепельного света Луны на VLT (Very Large Telescope — комплекс из четырех восьмиметровых телескопов). «Мы наблюдали Землю так, как если бы она была экзопланетой. Солнце освещает Землю, его свет отражается от Земли и освещает поверхность Луны. В свою очередь Луна, как гигантское зеркало, отражает этот свет обратно на Землю — это и есть то, что мы наблюдали с VLT», — пояснил ученый.
В результате наблюдений исследователи обнаружили так называемые «биосигнатуры» — характерные признаки наличия жизни.
Обычными методами их обнаружить трудно, и астрономы использовали пионерский подход, продемонстрировавший большую чувствительность: они измеряли не только разницу в яркости отраженного от Земли света в лучах разного цвета, но и поляризацию этого света — техника, называемая спектрополяриметрией.
Подробнее об этом исследовании, опубликованном в журнале Nature, Михаэль Стерцик рассказал «Газете.Ru».
— Что подало вам идею этого исследования? Вы хотели найти новый метод для анализа экзопланет?
— Конечная мотивация состояла в том, чтобы создать жизнеспособную астрономическую технику для изучения и анализа атмосфер и поверхностей экзопланет, в частности поиска их биосигнатур. Однако Земля, будучи единственным примером планеты, на которой есть жизнь, продолжает оставаться ориентиром для исследований землеподобных экзопланет.
В действительности мы начали спектрополяриметрические наблюдения пепельного света Луны на VLT уже 6 лет назад.
— Почему вы используете спектрополяриметрию?
— Большая часть астрономических наблюдений измеряет яркость или интенсивность света, приходящего от звезд и других объектов. Разложение света на спектр позволяет получить информацию о природе излучающих объектов и узнать их температуру и химический состав. Например, звезды, в которых преобладают белый или голубой цвета, являются более горячими, чем звезды, которые являются красными или желтыми, как наше Солнце. Наша новая работа использует другое свойство света, называемое поляризацией, которое говорит нам не только о том, насколько ярким является объект, но и о направлении колебаний электромагнитных волн. Это может иногда дать нам больше информации об источнике излучения и материалах, через которые излучение проходит на своем пути к Земле. Есть много примеров поляризации вокруг нас. Иногда мы вынуждены ориентировать телевизионную антенну, чтобы получить сигнал конкретного передатчика. Свет, отраженный от конкретных поверхностей, таких как мокрая дорога, озеро или полированный стол, является поляризованным, и некоторые люди могут замечать, что поляризованные темные очки могут задерживать часть отраженного света. Поляризованный свет может нам рассказать об отражающей поверхности.
В случае отраженного света, называемого пепельным светом Луны, он может нам рассказать о свойствах земной атмосферы и поверхности.
— Чем вызвана разница в спектре солнечного света, который рассеивается в земной атмосфере и отражается обратно на Землю от Луны, и света, который просто приходит на Землю? Почему это важно для изучения экзопланет?
— Мы использовали Луну как гигантское зеркало. Это единственный путь увидеть Землю, как она видна извне, из космоса, наблюдая ее при этом с земли. К сожалению, Луна не является идеальным зеркалом, и сигнал, который нас интересует (поляризованный отраженный свет) модифицируется, когда он отражается от Луны. Лунная поверхность ослабляет свет на три порядка.
— Что собой представляют биосигнатуры?
— Мы не ожидаем увидеть разумные формы жизни в наши телескопы, но мы надеемся обнаружить признаки жизни, например такие газы, как кислород, озон, метан и диоксид углерода. Сами по себе эти газы могут возникать и без наличия жизни, но их одновременное присутствие в больших количествах возможно только при наличии жизни.
Если жизнь внезапно прекратится, эти газы быстро вступят в реакции друг с другом и эти характеристики биосигнатур тоже исчезнут.
— Как ученые могли бы использовать данную технику для изучения экзопланет?
— Грубая характеристика атмосфер гигантских экзопланет уже возможна имеющимися в настоящее время инструментами и телескопами. Для получения более точных характеристик мы вынуждены ждать следующего поколения экстремально больших телескопов. Обнаружение спектроскопических признаков (таких как O2, O3, H2O), которые позволят нам сделать вывод о наличии биосигнатур у землеподобных планет, сейчас представляет собой достаточно сложную задачу.
— Почему спектрополяриметрия хорошо подходит для наземных изучений экзопланет?
— В то время как спектр излучения может меняться из-за атмосферы Земли при наблюдениях наземными телескопами, спектрополяриметрические сигналы большей частью не меняются из-за атмосферы.
Таким образом, спектрополяриметрия с использованием экстремально больших телескопов может стать интересной альтернативой космическим миссиям с целью изучения экзопланет.
— Какое продолжение этой вашей работы вы планируете?
— Мы продолжим наблюдать Землю как стандарт для планет, где есть жизнь. Мы планируем получить наблюдения в разные моменты времени и разные конфигурации, чтобы, в частности, зафиксировать поляризационную вспышку солнечного света, отраженного от океана. Наша ближайшая цель состоит в том, чтобы сравнить наблюдаемый спектр с теоретическими моделями атмосферы и поверхности Земли, чтобы улучшить эти модели и применять их к наблюдениям экзопланет.
— Что вы думаете о возможности России вступить в ESO? Необходимо ли России вступить в эту организацию? Почему ESO сделала России официальное предложение стать членом обсерватории?
— Хочу обратить внимание на то, что ответ на этот вопрос является моим личным мнением, как сотрудника ESO, и не обязательно отражает официальную позицию ESO. ESO ищет сильных партнеров для развития и расширения своей программы для организации и проведения наземных астрономических исследований на высочайшем в мире уровне. Что значит сильный партнер для ESO? Это член ESO, который имеет свою высокотехнологичную индустрию, способную поддерживать передовые астрономические инструменты, в частности применительно к проекту 39-метрового телескопа E-ELT. Вторая важная вещь состоит в том, чтобы представители астрономического общества этой страны-партнера были бы настолько сильными и активными, чтобы они могли внести свой вклад в астрономические исследования на самом высоком уровне.
Я думаю, что с этих двух позиций Россия могла бы быть интересным партнером для ESO. Российские ученые и астрономы всегда были на мировом уровне.
Я знал и работал с некоторыми из них. Российская индустрия развивалась с тем, чтобы потенциально обеспечивать высокотехнологичную продукцию, в том числе и применительно к астрономии. Российская космическая программа вообще является легендарной. Наконец, это также стратегическое решение для России, если она хочет участвовать в наземных астрономических исследованиях, создавать и поддерживать соответствующие программы в университетах и исследовательских институтах.
— В России практически отсутствуют исследования экзопланет. Но есть много молодых астрономов, которые бы хотели этим заниматься. Какой совет вы могли бы дать им? Могли бы вы стать научным руководителем российского студента или аспиранта?
— Как сотрудник ESO я лично много времени провожу, занимаясь административными делами в обсерваториях Ла-Силья и Паранал, поэтому я минимальную часть своего времени уделяю астрономическим исследованиям. Я не ассоциирован ни с каким университетом для поддержки образовательных программ, поэтому лично я не мог бы стать руководителем для студента или аспиранта. Но я стараюсь помочь каждому, кто реально заинтересован работать в этой области, и внедрить его в соответствующую исследовательскую программу по всему миру. Исследования экзопланет — это расширяющаяся область, которой можно заниматься и в Европе, и в Америке. Поэтому есть возможности заниматься экзопланетами в крупных международных обсерваториях, и не только в ESO.