На Земле вода тесно связана с жизнью, поэтому поиск жизни на других планетах во многом сводится к поиску воды. Когда учёные обнаруживают экзопланеты у далёких звёзд, одним из главных вопросов является то, находятся ли они в обитаемой зоне своих звёзд, где на поверхности планеты может сохраняться жидкая вода.
Хотя учёные обнаружили множество планет в предполагаемых обитаемых зонах своих звёзд, они до сих пор не могут с уверенностью сказать, есть ли на них жидкая вода. Ситуация может измениться, если предложенная NASA обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory, HWO) будет реализована.
HWO — это предлагаемый инфракрасный/оптический/ультрафиолетовый космический телескоп, предназначенный для поиска и характеристики потенциально обитаемых экзопланет. Основная цель миссии — получить прямые изображения по крайней мере 25 потенциально обитаемых миров.
Согласно подгруппе по работе с экзопланетами рабочей группы HWO, телескоп также сможет обнаруживать поверхностную воду. Это описано в новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv под названием «Обнаружение поверхностной жидкой воды на экзопланетах».
Принцип обнаружения
Планеты с большими объёмами воды на поверхности будут иметь более умеренный и стабильный климат, и такие планеты являются идеальными местами для возникновения и развития жизни. Ключевым научным направлением для обсерватории обитаемых миров является определение того, на каких планетах есть поверхностная жидкая вода.
Жидкости отражают свет не так, как твёрдые тела. Они имеют более гладкие поверхности, что означает, что они имеют отличные световые сигнатуры за счёт зеркального отражения. Зеркальное отражение, также называемое блеском, возникает, когда параллельные световые волны отражаются от очень гладкой поверхности и остаются параллельными после отражения. Чем глаже поверхность, тем больше их параллелизм.
Из-за зеркального отражения океаны и большие объёмы воды кажутся тёмными с большинства углов. Но если смотреть под углом, где зеркальное отражение посылает свет, они кажутся яркими и даже зеркальными. На вращающихся экзопланетах HWO должна быть в состоянии обнаружить большие объёмы воды.
Сложности обнаружения
Однако обнаружение океанов на экзопланетах сопряжено с определёнными трудностями. Качество отражённого света может зависеть от орбитальной фазы экзопланеты. «Поверхностные океаны можно идентифицировать как тёмные области при ротационном картографировании поверхности планеты вблизи квадратурных или выпукло-вогнутых фаз, а затем они становятся отражающими — и линейно поляризующими — в фазе полумесяца», — объясняют исследователи.
Тем не менее, как и во многих других аспектах науки об экзопланетах, это зеркальное отражение не всегда бросается в глаза и не заявляет о себе сразу. Сигнал есть, его можно обнаружить, но не всегда его легко распознать.
Для обнаружения воды на экзопланетах с помощью HWO потребуются точные измерения отражательной способности планеты с временным разрешением. Это требует точного ротационного картирования поверхности экзопланеты. Поскольку у нас нет таких измерений для экзопланет, исследователи используют Землю в качестве примера для изучения.
Таким образом, HWO станет важным инструментом в поиске потенциально обитаемых экзопланет и поможет учёным лучше понять, как вода попадает на экзопланеты и какие условия необходимы для её сохранения.