Галилео близо до спътника на Юпитер Йо. Автомобилът пристигна на планетата на 7 декември 1995 г. и се приземи на 21 септември 2003 г. Картината показва, че антената е напълно разгърната, въпреки че всъщност никога не се е случвало.
На 8 декември 1990 г. космическият кораб „Галилео“, пуснат от Земята в Юпитер. Той се дистанцира от 960 км, запазвайки инструментите си в почтеност и поддържащ постоянен контакт. Той събира данни, включително и нашата планета.
Но какво можеше да хване от такова разстояние? Беше ли видим животът, растителността, признаците на ума? Тези въпроси бяха повдигнати през 1993 г. от Карл Саган. Резултатите показват, че устройството записва огромно количество информация, потвърждаваща живота на нашата планета. Така че всяка друга форма, ако премине на достатъчно разстояние, ще забележи същото.
Имаше много информация: обилно количество повърхностни води, кислород, метан, озон, радиосигнали и т.н. Но Саган се фокусира върху мощното отражение на почти инфрачервения цвят в земния спектър. „Червеният ръб“ показва наличието на „пигмент за получаване на светлина в фотосинтетичната система“. С други думи, получихме подписа на растителността. Това означава, че сондите като Галилео би трябвало лесно да намерят всички тези знаци на други обекти, ако са, разбира се.
Но тук беше около километри и планираме да изследваме обекти, които са отдалечени за светлинни години. Би ли било възможно да се забележи червеният ръб при такива условия? Учените са заинтересовани да отговорят на този въпрос.
Пилар Монтанес-Родригес от Голямата мечка слънчева обсерватория
Когато търсите планети с признаци на живот, важно е да разберете какво да търсите. Pilar Montanes-Rodriguez се фокусира върху наличието на атмосферни газове. Необходимо е да се идентифицират комбинации като кислород и метан, кислород и вода, озон и въглероден диоксид. Но това само показва наличието на микробни форми, които съществуват на нашата планета в продължение на милиарди години преди появата на многоклетъчни организми. Намирането на нещо по-сложно (растения) е много по-трудно. За това и трябва да разчитате на червения ръб. Но възможно ли е да го разкрием?
В лунната светлина
Изследователят, който изучава спектралните подписи на планетите, няма голям избор на обекти. Саган, Пале и Монтанес-Родригес се фокусираха върху най-изучената планета - Земята. Изглежда, че с такава богата история задачата трябва да бъде проста. В крайна сметка, ако Галилео направи това от голямо разстояние, тогава орбиталните сателити могат да ни предоставят информация, поне всеки ден. Не е ли? Не, няма да го направят.
Долната линия е, че изследването на екзопланети е различно от прегледа на близки обекти. Устройството, летящо на разстояние от 1000 км, може буквално да погледне географските особености и да покаже мощен червен ръб на места с растителност (като горите на Амазонка). Но над океаните или пустините крайът не се прояви. Същото се отнася и за орбиталните спътници, фиксирани в различни региони.
Когато става въпрос за екзопланети, разстоянието усложнява нещата. Не само можем да разберем къде се намират районите с океани, пустини и растителност, но и да разберем дали изобщо съществуват. Ние имаме общ спектър в ръцете си, така че червеният ръб няма да бъде концентриран върху точки, а ще бъде разреден. Или може би изобщо не се проявява?
Земна светлина
Ако спътници и космически кораби не могат да измерват интегрирания спектър на Земята, тогава как да го получат? От земната светлина. Знаете, че Луната променя външния си вид. Светлата част е осветена от слънцето, а тъмнината е в сянка. Но тя все още не изчезва напълно, а излъчва слаб блясък, отразен от Земята. Това е земното сияние. Ако директното наблюдение проследява светлината, отразена от специфични зони, тогава целият глобус показва амалгамата от светлина от половината земна повърхност. Тъй като ние приемаме един спектър като основа, земното светене е идеално представяне на това как нашата планета ще бъде видяна от далечен наблюдател.
Ловът на червения ръб
Учените не очакваха пробив или някакви замайващи резултати. Те използваха 60-инчовия телескоп на обсерваторията Паломар и високопрецизен спектрометър, за да записват спектъра на сиянието на Земята в нощта на 19 ноември 2003 г. По това време те не забелязват значително увеличение на сигнала, обяснявайки провала на слоя облак. Факт е, че облаците имат свойствата да отразяват и заглушават сигналите на зелените площи.
Земни региони, отразяващи сияние в различни моменти на 19 ноември 2003 г.
За да потвърдят предчувствието, Пале и Монтанес-Родригес решават да сравнят данните с реалното покритие на облака и зеленото покритие. Това помогна за създаването на компютърен модел, който съчетава отразена светлина от различни региони. Тя точно предсказа спектъра на земната повърхност.
Това доказа, че те могат да демонстрират спектър всяка нощ, ако има информация за облачната покривка. След като са получили такова мощно средство, учените биха могли да разгледат проблема от другата страна. Червеният край бе едва забележим, но това не означава, че методът за търсене на растителност е безполезен. Може би има условия, при които сигналът е забележим по-добре?
Първото нещо, което идва на ум, е да следим през нощта, когато небето е ясно. Но тук ще срещнем грешка. Облаците винаги покриват около 60% от повърхността. Това означава, че облаците му винаги ще бъдат същите. Какъв трябва да е идеалният ден за търсене?
Три дни земна светлина Ето процентите на земните светлини за области на планетата, които са едновременно мътни и покрити с растителност, взети на три различни дни. Синята линия (19 ноември 2003 г.) - 40% от повърхността е отговорна за създаването на блестящи, черни и червени (19 декември 2002 г. и 7 декември 2003 г.) - само малък интервал. Три върха (от ляво на дясно): Азия, Африка и Южна Америка. За да се определи точно, учените решиха да моделират спектъра на Земята всеки ден през 2003 година. Оказа се, че 19 декември 2002 г. и 7 декември 2003 г. показват силно колебание на червения ръб през деня. Сигналът се появи и изчезна три пъти. Изследователите проследяват времето и разбират, че конните надбягвания се появяват, когато регионите, които са допринесли най-много за процеса, включват райони, богати на растителност. Инструментът изглеждаше луд, опитвайки се да посочи наличието на форми на живот.
Защо тогава сигналът за първата нощ беше слаб? Тук трябва да вземем предвид, че размерът на участъка, включен в процеса, може да се промени драстично. Когато наблюдаваме Луната, виждаме нейните промени (осветление от Слънцето). Ако следвахте Земята от сателит, бихте отбелязали същия ефект. Разбира се, само светлите зони помагат да се създаде блясък. Те могат да бъдат невероятно тесни и слаби, или могат да покрият половината от планетата, когато е запалена. Оказва се, че имаше моменти, когато нашата планета „се преплиташе“ с живот и имаше дни на пълно мълчание.
Нека не забравяме, че излагането на светлина може да падне върху зони с океани, земя или гъсто покрити от облаци, затова ефектът не винаги е забележителен и коренно различен. Оказва се, че червеният ръб се абсорбира от тези фактори.
Спектърът на сиянието на Земята и на червения край Черната линия представлява спектъра на 19 ноември 2006 г. Зелено - компютърно симулиране на спектъра в същия ден (ясно е, че те се събират). Червен модел на спектрален албедо на 7 декември 2003 г. Червеният ръб е обозначен от наклона на линията.
Изследователите открили улики, а именно тънка пролука. Нашата планета се върти, така че ако голям процент от светлината се вижда над Америка, отразена на Луната, тя ще бъде отбелязана над континента, а не океана. Това означава, че растителните зони с червен край на сигнала трябва лесно да се намират и няма да се припокриват със светлината на пустинята. Същото важи и за облаците. Областите от облаците все още допринасят за определено количество светлина. Но ако компонентът е представен от тясна празнина, всичко се променя. Тази пролука понякога ще бъде покрита с облаци, но след това все още ще попада в територия, лишена от „намеса“ и ще вземе растителност.
Това означава, че изпращаме сканиращ лъч към въртящата се Земя. Тя ще мине през всички зелени места и ще получаваме сигнали от червения ръб в определени моменти. Но на земята океани и пустини, той ще мълчи. Това се демонстрира с датите на контакт с Азия, Африка и Южна Америка.
Но нашата планета не е най-добрият пример за изследване. В крайна сметка, ние сме най-вече покрити с вода, така че можете да използвате само тясна ивица за търсене и изчакайте зоната, която отговаря на изискванията.
Раздели от блясъка на Земята (19 ноември и 7 декември) На 19 ноември (вляво) по-голямата част от земния диск блестеше при наблюдението и допринесе своя дял от светлината, но на 7 декември (вдясно) запали само празнината. В първия случай само 15% от територията е покрита с растителност, а във втория - 48%.
На други планети
Как това помага при търсенето на други планети? Е, от самото начало изглежда, че нищо. В нашия случай ние изхождаме от характеристиките на Земята, позицията на Луната и Слънцето. Бъдещите мисии ще трябва да търсят отражение от определена планета, а не от хипотетичен спътник. Това ще бъде много сложен процес, особено след като нашият свят е уникален случай, тъй като е невъзможно да се получи отражението на светлината от сателита в други обекти.
Но Монтанес-Родригес не е съгласен с това. Екзопланетите имат фази, които приличат на това, което виждаме, когато гледаме на Луната. Когато планетата се премести в противоположната страна на звездата, тя изглежда пълна. Той също се върти, така че достига до точката, където се намира по-близо до нас. Но тя може да се скрие зад една звезда, разглобявайки само светлата лента. С правилния избор на деня можете да сканирате планетата и да намерите червения ръб.
Луната и екзопланетите Виждаме, че Луната променя формата си в зависимост от фазите. Това може да се приложи и за други планети. Необходимо е да се потърси червения ръб, когато той е „нов” и виждаме само тясна ивица.
Както винаги, учените ни предлагат добри и лоши новини. Нека започнем с отрицанието. За да намерите червения ръб в далечна планета, трябва да го погледнете по линия близо до равнината на нейния орбитален път. Ако бъде отхвърлена, тогава ние просто няма да видим „фазата“. Но дори при идеални условия забелязваме ръба в момента на слабостта на планетата. Това се случва, когато се намира близо до звездата. Но това създава трудности, тъй като е необходимо да се изолира светлината на самата звезда. Затова ще ви е необходимо оборудване 10 пъти по-чувствително от модерното.
Но има добри новини. Червен ръб може да се намери, ако знаем точното местоположение. Сега нямаме инструменти, но в бъдеще този метод ще ви бъде от полза. И тогава ще осъзнаем, че не само във Вселената и някъде другаде има растителност, вода и вероятно рационални форми на живот.
