Во время полного лунного затмения астрономы с помощью космического телескопа "Хаббл" обнаружили озон в атмосфере Земли. Используя тот же метод, они смогут искать жизнь на планетах, похожих на Землю, вращающихся вокруг других звезд.
Это были первые наблюдения полного лунного затмения с помощью космического телескопа и первые наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне.
Чтобы подготовиться к изучению экзопланет с помощью гораздо более крупных новых телескопов, астрономы решили провести несколько экспериментов гораздо ближе, нацелившись на единственную известную на сегодняшний день планету с жизнью: Землю. Идеальное выравнивание Земли, Солнца и Луны во время полного лунного затмения позволяет изучать Землю, как если бы ученые изучали скалистые планеты, проходящие перед своей звездой.
В этом случае "Хаббл" не смотрел прямо на Землю. Вместо этого астрономы использовали Луну как зеркало, чтобы отражать солнечные лучи, проходящие через атмосферу Земли. Используя космический телескоп для наблюдения затмения, астрономы получают гораздо более точные данные, чем с наземных телескопов, потому что собранные данные не загрязнены атмосферой Земли.
Наблюдение было проблемой для Хаббла
Незадолго до затмения Луна очень яркая, и ее поверхность не является идеальным зеркалом, поскольку она усеяна более яркими и темными областями. Более того, Луна настолько близко к Земле, что "Хабблу" пришлось приложить немало усилий, чтобы постоянно смотреть на одну и ту же часть поверхности, чтобы отслеживать движение Луны относительно обсерватории.
Во время измерений телескоп зарегистрировал сильный сигнал озона, элемента, необходимого для существования известной нам жизни. В то время как признаки озона уже были обнаружены наземными телескопами во время затмений, наблюдения "Хаббла" дали самый сильный сигнал для этой молекулы, так как космический телескоп может наблюдать ультрафиолетовое излучение, которое поглощается нашей атмосферой и не достигает поверхности Земли.
Процессы фотосинтеза, происходящие на протяжении миллиардов лет, привели к тому, что атмосфера Земли содержит много кислорода и имеет толстый озоновый слой. Всего 600 миллионов лет назад атмосфера Земли собрала достаточно озона, чтобы эффективно защитить жизнь от вредного ультрафиолетового излучения, испускаемого Солнцем. Только тогда жизнь начала выходить из океанов на поверхность суши.
"Открытие озона в спектре экзопланеты было бы значительным открытием, поскольку это побочный фотохимический эффект присутствия молекулярного кислорода, который, в свою очередь, испускается живыми организмами," - объясняет Элисон Янгблад из Лаборатории атмосферной и космической физики Колорадо.
Хаббл зарегистрировал спектральную сигнатуру озона в ультрафиолетовом солнечном свете, отфильтрованном атмосферой Земли во время лунного затмения 20-21 января 2019 года. В то же время несколько других телескопов также провели спектроскопические наблюдения на различных длинах волн в поисках особых компонентов в атмосфере Земли, таких как кислород, метан, вода и окись углерода.
"Наше исследование ясно демонстрирует преимущества ультрафиолетовых спектроскопических наблюдений для исследователей, которые будут изучать экзопланеты," - говорит Антонио Гарсия Муньос из Технического университета Берлина.
Атмосферу некоторых экзопланет можно изучать, когда планеты проходят перед своей звездой в ходе так называемого транзита. Во время прохождения свет, излучаемый звездой, проходит через атмосферу экзопланеты. Химические соединения, присутствующие в атмосфере такой планеты, оставляют характерные следы в свете звезд. До сих пор исследователи пробовали такие наблюдения, но они касались огромных газовых гигантов, атмосфера которых обширна и очень густа. В случае каменистых планет земного типа проводить такие наблюдения намного труднее, потому что сама планета намного меньше, а ее атмосфера обычно чрезвычайно тонкая.
По этой причине исследователям понадобятся космические телескопы намного больше, чем "Хаббл", чтобы даже подумать о сборе света, проходящего через атмосферы маленьких планет в далеких планетных системах.
Однако открытие озона в атмосфере каменистой экзопланеты не означает автоматически, что на ней есть жизнь.
"Чтобы сделать такое заявление, нам также потребуются спектральные сигнатуры других соединений, и они не видны в ультрафиолетовом диапазоне," - добавляет Янгблад.
Астрономам придется искать комбинации биосигнатур, таких как озон и метан, в поисках признаков жизни на других планетах. Здесь тоже стоит помнить, что, например, озон накапливается в атмосфере за сотни миллионов лет. Всего 2 миллиарда лет назад в атмосфере Земли было гораздо меньше озона.
А теперь предложение, которое появлялось в статьях такого типа на протяжении многих лет: космический телескоп "Джеймс Уэбб", запуск которого запланирован на следующий год, сможет заглянуть глубоко в атмосферы планет и обнаружить присутствие в них метана и кислорода.
«Мы ожидаем, что JWST значительно изменит границы спектроскопии пропускания в изучении экзопланетных атмосфер», - говорит Гарсия Муньос.
Важно отметить, что он сможет обнаружить метан и кислород в атмосферах планет, вращающихся вокруг небольших звезд.
