Студентка факультета физики Макгилла Эвелин Макдональд и ее научный руководитель проф. Николас Коуэн использовал более чем десятилетние наблюдения за атмосферой Земли, сделанные спутником SCISAT, чтобы построить транзитный спектр Земли, своего рода отпечаток для атмосферы Земли в инфракрасном свете, который показывает присутствие ключевых молекул в поисках обитаемых миров. Это включает одновременное присутствие озона и метана, которое ученые ожидают увидеть только тогда, когда на планете есть органический источник этих соединений. Такое обнаружение называется «биосигнатурой»."
«Несколько исследователей пытались смоделировать транзитный спектр Земли, но это первый эмпирический инфракрасный транзитный спектр Земли», – говорит проф.
Cowan. "Это то, что инопланетные астрономы увидели бы, если бы наблюдали прохождение Земли."
Результаты, опубликованные в августе. 28 в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества, может помочь ученым определить, какой сигнал искать в их поисках экзопланет земного типа (планет, вращающихся вокруг звезды, отличной от нашего Солнца). SCISAT, разработанный Канадским космическим агентством, был создан, чтобы помочь ученым понять истощение озонового слоя Земли путем изучения частиц в атмосфере при прохождении через нее солнечного света.
В общем, астрономы могут сказать, какие молекулы находятся в атмосфере планеты, глядя на то, как меняется звездный свет, когда он проходит через атмосферу. Инструменты должны ждать, пока планета пройдет – или пройдет – над звездой, чтобы сделать это наблюдение. С помощью достаточно чувствительных телескопов астрономы потенциально могут идентифицировать такие молекулы, как углекислый газ, кислород или водяной пар, которые могут указывать на то, является ли планета обитаемой или даже обитаемой.
Коуэн объяснял транзитную спектроскопию экзопланет на групповом обеденном совещании в Космическом институте Макгилла (MSI), когда проф.
И Хуанг, атмосферный ученый и сотрудник MSI, отметил, что методика аналогична исследованиям солнечного затмения атмосферы Земли, выполненным SCISAT.
С момента первого открытия экзопланеты в 1990-х годах астрономы подтвердили существование 4000 экзопланет. Святой Грааль в этой относительно новой области астрономии – найти планеты, на которых потенциально может быть жизнь – Земля 2.0.
Очень многообещающая система, которая может удерживать такие планеты, под названием TRAPPIST-1, станет целью будущего космического телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2021 год.
Макдональд и Коуэн создали симулированный сигнал того, как атмосфера планеты Земля будет выглядеть глазами этого будущего телескопа, который является результатом сотрудничества между НАСА, Канадским космическим агентством и Европейским космическим агентством.
Система TRAPPIST-1, расположенная на расстоянии 40 световых лет от нас, содержит семь планет, три или четыре из которых находятся в так называемой «обитаемой зоне», где могла существовать жидкая вода. Астрономы Макгилла говорят, что эта система может быть многообещающим местом для поиска сигнала, похожего на их земной отпечаток, поскольку планеты вращаются вокруг М-карликовой звезды, типа звезды, которая меньше и холоднее нашего Солнца.
"TRAPPIST-1 – соседний красный карлик, что делает его планеты отличными мишенями для транзитной спектроскопии.
Это потому, что звезда намного меньше Солнца, поэтому ее планеты относительно легко наблюдать », – объясняет Макдональд. "Кроме того, эти планеты вращаются вокруг звезды, поэтому они проходят каждые несколько дней. Конечно, даже если на одной из планет есть жизнь, мы не ожидаем, что ее атмосфера будет идентична атмосфере Земли, поскольку звезда настолько отличается от Солнца."
Согласно их анализу, Макдональд и Коуэн подтверждают, что телескоп Уэбба будет достаточно чувствительным, чтобы обнаруживать углекислый газ и водяной пар с помощью своих инструментов. Он может даже обнаружить биосигнатуру метана и озона, если провести достаточно времени, наблюдая за целевой планетой.
Проф. Коуэн и его коллеги из Монреальского института исследований экзопланет надеются одними из первых обнаружить признаки жизни за пределами нашей родной планеты.
Отпечаток пальца Земли, собранный Макдональдом для ее дипломной работы, может подсказать другим астрономам, что искать в этом поиске. Она будет учиться на Ph.D. в области экзопланет в Университете Торонто осенью.