Galileo w pobliżu satelity Jowisza Io. Pojazd przybył na planetę 7 grudnia 1995 r. I wylądował 21 września 2003 r. Obraz pokazuje, że antena jest w pełni zainstalowana, chociaż w rzeczywistości nigdy się nie zdarzyło.
8 grudnia 1990 r. Sonda Galileo wystrzeliła z Ziemi na Jowisza. Zdystansował się o 960 km, zachowując integralność swoich instrumentów, i utrzymywał stały kontakt. Zbierał dane, w tym naszą planetę.
Ale co mógł złapać z takiej odległości? Czy było widoczne życie, roślinność, oznaki umysłu? Pytania te zostały podniesione w 1993 r. Przez Karla Sagana. Wyniki pokazały, że urządzenie zarejestrowało ogromną ilość informacji potwierdzających życie na naszej planecie. Tak więc każda inna forma, jeśli przejdzie w wystarczającej odległości, zauważy to samo.
Było wiele informacji: obfite ilości wody powierzchniowej, tlenu, metanu, ozonu, sygnałów radiowych i tak dalej. Ale Sagan skupił się na silnym odbiciu koloru bliskiej podczerwieni w spektrum ziemskim. „Czerwona krawędź” wskazuje na obecność „pigmentu odbierającego światło w systemie fotosyntezy”. Innymi słowy, otrzymaliśmy podpis roślinności. Oznacza to, że sondy takie jak Galileo powinny łatwo znaleźć wszystkie te znaki na innych obiektach, jeśli są, oczywiście.
Ale tutaj było około kilometrów i planujemy zbadać obiekty odległe o lata świetlne. Czy w takich warunkach można zauważyć czerwoną krawędź? Naukowcy są zainteresowani udzieleniem odpowiedzi na to pytanie.
Pilar Montanes-Rodriguez z Obserwatorium Słonecznego Big Bear
Kiedy szukasz planet z oznakami życia, ważne jest, aby zrozumieć, czego szukać. Pilar Montanes-Rodriguez skupia się na obecności gazów atmosferycznych. Konieczne jest zidentyfikowanie kombinacji takich jak tlen i metan, tlen i woda, ozon i dwutlenek węgla. Ale to tylko wskazuje na obecność form mikrobiologicznych, które istniały na naszej planecie przez miliardy lat przed pojawieniem się organizmów wielokomórkowych. Znalezienie czegoś bardziej złożonego (rośliny) jest znacznie trudniejsze. Do tego i musisz polegać na czerwonej krawędzi. Ale czy można to ujawnić?
W świetle księżyca
Badacz badający sygnatury widmowe planet nie ma dużego wyboru obiektów. Sagan, Palle i Montanes-Rodriguez skupili się na najbardziej zbadanej planecie - Ziemi. Wydaje się, że przy tak bogatej historii zadanie powinno być proste. Wszakże gdyby Galileo zrobił to z dużej odległości, to satelity orbitalne mogą dostarczyć nam informacji, przynajmniej raz dziennie. Prawda? Nie, oni tego nie zrobią.
Najważniejsze jest to, że badanie egzoplanet różni się od przeglądu obiektów bliskich. Urządzenie, lecące z odległości 1000 km, może dosłownie spojrzeć na cechy geograficzne i wskazać potężną czerwoną krawędź w miejscach z roślinnością (jak lasy Amazonii). Ale nad oceanami lub pustyniami krawędź się nie pokazała. To samo dotyczy orbitujących satelitów, utrwalonych w różnych regionach.
Jeśli chodzi o egzoplanety, odległość komplikuje sytuację. Możemy nie tylko zrozumieć, gdzie znajdują się obszary oceanów, pustyń i roślinności, ale także dowiedzieć się, czy w ogóle istnieją. Mamy tylko wspólne spektrum w naszych rękach, więc czerwona krawędź nie będzie skoncentrowana na punktach, ale rozcieńczona. A może w ogóle się nie manifestuje?
Lśnienie Ziemi
Jeśli satelity i statki kosmiczne nie mogą zmierzyć zintegrowanego widma ziemi, to jak je zdobyć? Z ziemskiego światła. Wiesz, że Księżyc zmienia swój wygląd. Jasna część jest oświetlona przez słońce, a ciemność znajduje się w cieniu. Ale wciąż nie znika całkowicie, ale emituje słaby blask odbity od Ziemi. To jest ziemskie promieniowanie. Jeśli bezpośrednia obserwacja śledzi światło odbite od określonych obszarów, wówczas cała kula wyświetla amalgamat światła z połowy powierzchni ziemi. Ponieważ przyjmujemy jedno widmo jako podstawę, świecenie Ziemi jest idealnym odzwierciedleniem tego, jak nasza planeta będzie widziana przez odległego obserwatora.
Polowanie na czerwoną krawędź
Naukowcy nie oczekiwali przełomu ani oszałamiających wyników. Użyli 60-calowego teleskopu Obserwatorium Palomar i precyzyjnego spektrometru, aby zarejestrować widmo promieniowania Ziemi w nocy 19 listopada 2003 roku. W tym czasie nie zauważyli znaczącego wzrostu sygnału, wyjaśniając awarię warstwy chmur. Faktem jest, że chmury mają właściwości odbijające i zacinające sygnały terenów zielonych.
Regiony Ziemi odzwierciedlające zorzę polarną w różnym czasie 19 listopada 2003 r
Aby potwierdzić przeczucie, Palle i Montanes-Rodriguez postanowili porównać dane z rzeczywistym pokryciem chmur i zielonym pokryciem. Pomogło to w stworzeniu modelu komputerowego, który łączy światło odbite z różnych regionów. Dokładnie przewidział widmo powierzchni Ziemi.
Okazało się, że mogą zademonstrować widmo każdej nocy, jeśli istnieją informacje o zachmurzeniu. Po otrzymaniu tak potężnego narzędzia naukowcy mogli rozważyć problem z drugiej strony. Czerwona krawędź była ledwo wyczuwalna, ale nie oznacza to, że metoda poszukiwania roślinności była bezużyteczna. Może są warunki, w których sygnał jest lepiej zauważalny?
Pierwszą rzeczą, która przychodzi do głowy, jest śledzenie w nocy, kiedy niebo jest czyste. Ale tutaj napotkamy błąd. Chmury zawsze pokrywają około 60% powierzchni. Oznacza to, że jego chmury będą zawsze takie same. Jaki powinien być idealny dzień na wyszukiwanie?
Trzy dni świecenia ziemi Oto procent świateł ziemi dla obszarów planety, które są zarówno mętne, jak i pokryte roślinnością, robione w trzech różnych dniach. Niebieska linia (19 listopada 2003 r.) - 40% powierzchni było odpowiedzialne za tworzenie świecącego, czarnego i czerwonego (19 grudnia 2002 r. I 7 grudnia 2003 r.) - w grę wchodziła tylko mała przerwa. Trzy szczyty (od lewej do prawej): Azja, Afryka i Ameryka Południowa. Aby precyzyjnie określić, naukowcy postanowili modelować widmo Ziemi każdego dnia w 2003 roku. Okazało się, że 19 grudnia 2002 r. I 7 grudnia 2003 r. Wykazywały silne wahania czerwonej krawędzi w ciągu dnia. Sygnał pojawił się i zniknął trzy razy. Naukowcy śledzili czas i zdali sobie sprawę, że wyścigi konne pojawiły się, gdy regiony, które najbardziej przyczyniły się do tego procesu, obejmowały obszary bogate w roślinność. Instrument wydawał się wariować, próbując wskazać obecność form życia.
Dlaczego więc sygnał pierwszej nocy był słaby? Musimy wziąć pod uwagę, że rozmiar obszaru zaangażowanego w proces może się diametralnie zmienić. Kiedy obserwujemy Księżyc, widzimy jego zmiany (oświetlenie przez Słońce). Gdybyś podążał za Ziemią z satelity, zauważyłbyś ten sam efekt. Oczywiście tylko jasne obszary pomagają stworzyć blask. Mogą być niewiarygodnie wąskie i słabe lub mogą pokrywać połowę planety, gdy jest oświetlona. Okazuje się, że były chwile, kiedy nasza planeta „roiła się” od życia, a były dni całkowitej ciszy.
Nie zapominajmy, że ekspozycja na światło może padać na strefy z oceanami, lądem lub gęsto pokryte chmurami, dlatego efekt nie zawsze jest niezwykły i radykalnie inny. Okazuje się, że czerwona krawędź jest po prostu absorbowana przez te czynniki.
Widmo promieniowania Ziemi i czerwona krawędź Czarna linia reprezentuje widmo w dniu 19 listopada 2006 r. Zielona - komputerowa symulacja widma tego samego dnia (jasne jest, że są zbieżne). Czerwony - model spektralnego albedo z 7 grudnia 2003 roku. Czerwona krawędź jest wskazywana przez nachylenie linii.
Naukowcy odkryli wskazówkę, a mianowicie cienką szczelinę. Nasza planeta obraca się, więc jeśli duża część światła jest widziana nad Ameryką, odbija się na Księżycu, będzie zauważona nad lądem, a nie nad oceanem. Oznacza to, że obszary roślinności z czerwonym sygnałem krawędziowym powinny być łatwo zlokalizowane i nie będą się nakładać na światło pustyni. To samo dotyczy chmur. Obszary chmur nadal dostarczają pewną ilość światła. Ale jeśli komponent jest reprezentowany przez wąską lukę, wszystko się zmienia. Ta luka będzie czasami pokryta chmurami, ale w dalszym ciągu wpadnie na terytorium pozbawione „zakłóceń” i zbierze roślinność.
Oznacza to, że wysyłamy wiązkę skanującą do obracającej się Ziemi. Przejdzie przez wszystkie zielone miejsca i otrzymamy sygnały z czerwonej krawędzi w określonych godzinach. Ale na zmielonych oceanach i pustyniach będzie milczał. Dowodem na to są daty kontaktu z Azją, Afryką i Ameryką Południową.
Ale nasza planeta nie jest najlepszym przykładem badań. Przecież jesteśmy przeważnie pokryci wodą, więc do wyszukiwania można użyć tylko wąskiego paska i poczekać na obszar spełniający wymagania.
Fragmenty blasku Ziemi (19 listopada i 7 grudnia) 19 listopada (po lewej) większość dysku Ziemi świeciła na obserwacji i przyczyniła się do jej udziału światła, ale 7 grudnia (po prawej) świeciła tylko luka. W pierwszym przypadku tylko 15% terytorium jest porośnięte roślinnością, aw drugim - 48%.
Do innych planet
Jak to pomaga w wyszukiwaniu na innych planetach? Cóż, od samego początku wydaje się, że nic. W naszym przypadku zaczynamy od charakterystyki Ziemi, położenia Księżyca i Słońca. Przyszłe misje będą musiały szukać odbicia od konkretnej planety, a nie hipotetycznego satelity. Będzie to bardzo skomplikowany proces, zwłaszcza że nasz świat jest wyjątkowy, ponieważ odbieranie światła z satelity w innych obiektach jest niemożliwe.
Ale Montanes-Rodriguez nie zgadza się z tym. Egzoplanety mają fazy przypominające to, co widzimy patrząc na księżyc. Kiedy planeta przesuwa się na przeciwną stronę gwiazdy, wydaje się kompletna. Również się obraca, więc osiąga punkt, w którym znajduje się bliżej nas. Ale może ukryć się za gwiazdą, demontując tylko pas świetlny. Przy odpowiednim wyborze dnia możesz zeskanować planetę i znaleźć czerwoną krawędź.
Księżyc i egzoplanety Widzimy, że księżyc zmienia kształt w zależności od faz. Można to zastosować do innych planet. Konieczne jest poszukiwanie czerwonej krawędzi, gdy jest „nowa” i widzimy tylko wąski pasek.
Jak zawsze, naukowcy oferują nam dobre i złe wiadomości. Zacznijmy od negatywu. Aby znaleźć czerwoną krawędź na odległej planecie, musisz spojrzeć na nią wzdłuż linii w pobliżu płaszczyzny jej orbitalnej ścieżki. Jeśli zostanie odrzucony, po prostu nie zobaczymy „fazy”. Ale nawet w idealnych warunkach zauważamy przewagę w momencie słabości planety. Dzieje się tak, gdy znajduje się blisko gwiazdy. Ale powoduje to trudności, ponieważ konieczne jest odizolowanie światła samej gwiazdy. Dlatego będziesz potrzebował sprzętu, który jest 10 razy bardziej wrażliwy niż nowoczesny.
Ale są dobre wieści. Czerwoną krawędź można znaleźć, jeśli znamy dokładną lokalizację. Teraz nie mamy żadnych narzędzi, ale w przyszłości ta metoda przyda się. I wtedy uświadomimy sobie, że nie tylko we Wszechświecie i gdzieś indziej jest roślinność, woda i prawdopodobnie racjonalne formy życia.
