Как нарисовать карту другой планеты?

При всей кажущейся сложности такой задачи наблюдения за периодическими изменениями светимости планеты при её вращении способны снабдить нас не только информацией о длительности её суток, но и рядом других полезных сведений.

Нанести на карту поверхность экзопланеты очень полезно. Представим, что вы — инопланетный астроном с земными средствами наблюдения, смотрящий на Солнечную систему от далёкой звезды. В лучшем случае, при приличном финансировании и неплохом везении, вы, как это недавно удалось одной группе земных учёных, сможете выявить состав атмосферы планет-гигантов Юпитера, Сатурна и, при особой удаче, Урана с Нептуном, причём не детально, а лишь по основным элементам.

С Землёй нечто подобное вы сделаете только тогда, когда годовой объём финансирования космических телескопов удастся вывести хотя бы на 0,5% от военного бюджета вашей планеты (нашим астрономам это пока только снится). Но и тогда полной ясности у вас не будет.

Вы скажете: как же так, ведь кислород-то я обнаружу! А мы ответим: если Земля находится в состоянии потери жидкой воды из-за сильного парникового эффекта и, следовательно, вся сложная жизнь на ней сделала ручкой, то ультрафиолет в верхних слоях атмосферы, куда ринется водяной пар, будет разрывать молекулы воды на кислород и водород, а последний быстро начнёт улетучиваться в космос. Итог: вы увидите массу кислорода и водяной пар, но мир этот может быть не живее дверной ручки. Очевидно, нужны какие-то иные методы наблюдений.

Представьте, что вы раскрасили шарик чёрными и белыми полосами, причём равномерно. Начните раскручивать его, как крутятся планеты. С большого расстояния цвет шарика вам покажется серым.

Николас Коуэн (Nicolas Cowan) из Северо-Западного университета (США) вместе с коллегами попытался разобраться с подобными проблемами, возникающими при исследовании поверхности экзопланет. Первое прямое изображение экзопланеты было получено в 1992 году. И лишь в 2010-м нечто подобное было подтверждено с уверенностью, но и тогда речь шла только о крохотном светлом пятнышке.

И всё же длительные систематические наблюдения кое-что могут прояснить. Периодические колебания светимости планеты при вращении означают, что какая-то её часть имеет более высокое альбедо, а какая-то — менее высокое. Так, альбедо льда и морской воды значительно выше, чем суши. И если удастся понять, что примерно две трети условной наблюдаемой планеты покрыты чем-то, что по альбедо похоже на воду, то и говорить о реальной жизнепригодности планеты в зоне обитаемости можно будет увереннее.

Даже если поверхность будет временно закрыта облаками, то при действительно длительных наблюдениях можно попробовать установить скорость движения этих облаков, что даст сведения о скорости ветра. И вот ещё что: помните ли вы, что над Землёй в районах тропических лесов, провоцирующих осадки, почти постоянно наличествует облачность? Не исключено, что подобная взаимосвязь справедлива и для других планет.

Чтобы проверить возможности таких наблюдений, астрономы провели компьютерное моделирование, в котором объектом наблюдений у другой звезды была выбрана условная копия Земли. Выяснилось, что при доступном на сегодня уровне наблюдательной техники от другой звезды можно увидеть Евразию, Тихий и Атлантический океаны — само собой, лишь как области повышенного и пониженного альбедо, характерного для суши и жидкой воды соответственно. «Это весьма грубый, базисный материал, — соглашается г-н Коуэн. — но ведь это только начало».

Первой целью для подобных наблюдений не в видимом, а в ИК-диапазоне логичнее всего будет сделать «горячие Юпитеры». Они ближе всего расположены к своим звёздам, отражают много света и просто имеют большие размеры.

Наконец, чтобы получить эффективную отдачу от таких долговременных работ, полезно разместить все накопленные результаты в доступных астрономическому сообществу базах данных...

Какая техника здесь пригодилась бы? Для исследования землеподобных планет в видимом диапазоне лучше всего подойдёт готовящийся к вводу в строй SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research, «Спектрополяриметрический высококонтрастный поисковик экзопланет») на «Очень большом телескопе», принадлежащем Европейской южной обсерватории, и южный телескоп Обсерватории Джемини, также расположенный в Чили.

Отчёт об исследовании принят к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Space.Com.