Результаты тестирования телескопа на атмосфере Земли
В поисках жизни на экзопланетах наступает фаза интенсивных исследований. Космический телескоп LIFE обещает стать прорывом в этой области. В отличие от многоцелевого космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), созданного для выполнения разнообразных задач, LIFE будет сосредоточен исключительно на поиске биосигнатур на экзопланетах.
LIFE — это интерферометр, состоящий из пяти отдельных телескопов, работающих в согласованном режиме, что позволяет увеличить размер телескопа и улучшить его разрешение. Ведя наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне, LIFE будет способен обнаружить спектральные линии важных биоиндикаторов, таких как озон, метан и закись азота. Планируется разместить телескоп в точке Лагранжа L2, которая находится в 1,5 миллиона километров от Земли, там же, где располагается JWST.
Хотя LIFE пока что лишь концепция, исследователи предприняли шаги для проверки его эффективности. Поскольку сам телескоп ещё не создан и не запущен, учёные использовали данные атмосферы Земли, чтобы провести тестирование. Земля была рассмотрена как экзопланета, а методы LIFE были протестированы на реальных данных атмосферы Земли в различных условиях. При анализе данных использовался инструмент под названием LIFEsim. Это исследование отличается от обычной практики использования смоделированных данных для проверки возможностей миссий — в данном случае были использованы фактические данные.
На практике Земля как экзопланета представляла бы собой едва различимую точку. LIFE сможет наблюдать только спектр атмосферы, который будет меняться во времени, в зависимости от длительности наблюдений. Это привело исследователей к вопросу о том, как геометрия наблюдений и сезонные изменения повлияют на результаты.
Исследователям доступно много наблюдательных данных о Земле, с которыми они могут работать. Они провели анализ трёх различных геометрий наблюдений: двух полюсных и одной экваториальной. Были использованы данные о состоянии атмосферы в январе и июле, которые характеризуются наибольшими сезонными колебаниями.
Среди множества сложных конфигураций атмосфер планет исследователи сфокусировались на химических сигнатурах, таких как закись азота, хлорметан и бромметан, которые могут быть произведены живыми организмами. Особый интерес представляют также углекислый газ, вода, озон и метан, которые являются ключевыми биологическими признаками на Земле и могут свидетельствовать о возможности существования жизни на других планетах.
LIFE успешно обнаружил углекислый газ, воду, озон и метан на Земле. Были также обнаружены следы наличия жидкой воды на поверхности. Примечательно, что результаты наблюдений LIFE не зависят от угла наблюдения по отношению к Земле. Это важно, поскольку углы будущих наблюдений LIFE неизвестны.
Cезонные колебания оказываются сложнее для наблюдения, однако оказалось, что и это не осложнит будущие миссии. Они смогут помочь оценить потенциальную обитаемость близлежащих экзопланет, несмотря на осложнения в интерпретации данных из-а сезонных изменений в атмосферах.
Для лучшего понимания времени, требуемого для наблюдений LIFE, исследователи разработали список целей. Были выбраны планеты с радиусами от 0,5 до 1,5 радиуса Земли, находящиеся вокруг звезд типа M и FGK на расстоянии до 20 парсек от Солнечной системы, которые могут быть обнаружены LIFE. Эти цели были определены на основе предыдущих исследований. Результаты показывают, что для некоторых планет потребуется всего несколько дней наблюдения, в то время как для других может потребоваться до 100 дней.
Учёные определили «золотые цели» — экзопланеты, которые наиболее легко наблюдать. Примером таких целей являются планеты в системе Проксимы Центавра. Наблюдение за ними потребует всего несколько дней. Однако, для более сложных случаев, таких как экзопланеты-близнецы Земли, находящиеся примерно в 5 парсеках от Земли, LIFE потребуется около 50-100 дней наблюдений для обнаружения биосигнатур.
На данный момент космический телескоп LIFE остается лишь потенциальной миссией. Это не первая предлагаемая миссия, посвящённая исследованию признаков обитаемости экзопланет. В 2023 году NASA предложила создание Обсерватории обитаемых миров (HWO) с целью получить изображения как минимум 25 потенциально обитаемых экзопланет и затем исследовать их атмосферы в поисках биосигнатур. Однако авторы исследования считают, что LIFE является лучшим вариантом для достижения этих целей.
