Studium exoplanet za posledních deset let značně dospělo. Během této doby, většina přes 4000 exoplanet které jsou nám v současnosti známé, byly objeveny. Během této doby se proces začal přesouvat od procesu objevování k charakterizaci. A co víc, nástroje nové generace umožní studie, které odhalí hodně o površích a atmosférách exoplanet.
To přirozeně vyvolává otázku: co by viděl dostatečně pokročilý druh, kdyby studoval naši planetu? Pomocí dat o Zemi o více vlnových délkách byl tým vědců z Caltechu schopen sestavit mapu jak by Země vypadala vzdáleným mimozemským pozorovatelům. Kromě řešení svědění zvědavosti by tato studie mohla také pomoci astronomům rekonstruovat povrchové rysy „ Zemi podobné „exoplanety v budoucnosti.
Studie, která popisuje zjištění týmu, s názvem „ Země jako exoplaneta: Dvourozměrná mapa mimozemšťanů “, nedávno se objevil v časopiseScience Maga je naplánováno zveřejnění vThe Astrophysical Journal Letters. Studii vedl Siteng Fan a zahrnovalo několik výzkumníků z Kalifornského technologického institutu Oddělení geologických a planetárních věd (GPS) a NASA Jet Propulsion Laboratory.
Umělcův dojem z atmosféry exoplanety reagující na interakci s její hvězdou. Poděkování: NASA, ESA a G. Bacon (STSci)
Při hledání potenciálně obyvatelných planet mimo naši sluneční soustavu jsou vědci nuceni zvolit nepřímý přístup. Vzhledem k tomu, že většinu exoplanet nelze pozorovat přímo, abychom se dozvěděli o jejich složení atmosféry nebo povrchových vlastnostech (aka. Přímé zobrazování ), vědci se musí spokojit s náznaky, které ukazují, jak „podobná“ planeta je.
Jak Fan řekl Universe Today prostřednictvím e-mailu, odráží to omezení, se kterými jsou astronomové a studie exoplanet v současnosti nuceni bojovat:
„Za prvé, současné studie exoplanet nepřišly na to, jaké jsou nejmenší požadavky na obyvatelnost. Jsou navržena některá kritéria, ale nejsme si jisti, zda jsou dostatečná nebo nezbytná. Za druhé, ani s těmito kritérii nejsou současné pozorovací techniky dost dobré na to, aby potvrdily obyvatelnost, zejména na exoplanetách podobných Zemi kvůli obtížnosti jejich detekce a omezení.“
Vzhledem k tomu, že Země je jedinou planetou, o které víme, že je schopna podporovat život, tým teoretizoval, že vzdálená pozorování Země by mohla fungovat jako zástupný znak obyvatelné exoplanety, jak ji pozorovala vzdálená civilizace. 'Země je jediná planeta, o které víme, že obsahuje život,' řekl Fan. 'Studium toho, jak Země vypadá pro vzdálené pozorovatele, by nám dalo směr, jak najít potenciální obyvatelné exoplanety.'
Přímý snímek exoplanet kolem hvězdy HR8799 pomocí koronografu Vortex na 1,5m části dalekohledu Hale. Poděkování: NASA/JPL-Caltech/Palomar Observatory
Jedním z nejdůležitějších prvků zemského klimatu (a který je rozhodující pro veškerý život na jejím povrchu) je koloběh vody, který má tři různé fáze. Patří mezi ně přítomnost vodní páry v atmosféře, oblaka zkondenzované vody a ledových částic a přítomnost vodních ploch na povrchu.
Proto by jejich přítomnost mohla být považována za potenciální známky obyvatelnosti a dokonce známky života (aka. biologické podpisy), které by bylo možné pozorovat z dálky. Schopnost identifikovat povrchové útvary a mraky na exoplanetách by tedy byla zásadní pro omezení jejich obyvatelnosti.
Aby tým určil, jak by Země vypadala pro vzdálené pozorovatele, sestavil 9740 snímků Země, které byly pořízeny agenturou NASA. Deep Space Climate Observatory satelit (DSCOVR). Snímky byly pořizovány každých 68 až 110 minut po dobu dvou let (2016 a 2017) a podařilo se jim zachytit světlo odražené od zemské atmosféry na více vlnových délkách.
Fan a jeho kolegové poté spojili snímky, aby vytvořili 10bodové reflexní spektrum vynesené v průběhu času, které bylo poté integrováno přes zemský disk. To účinně reprodukovalo, jak by Země mohla vypadat pro pozorovatele vzdáleného mnoho světelných let, pokud by Zemi pozorovali po dobu dvou let.
Vlastnosti povrchu by mohly být lépe rozeznatelné pomocí nové metody vyvinuté v Caltech. Kredit: IAU/L. Calçada
'Zjistili jsme, že druhá hlavní složka světelné křivky Země silně koreluje s pevninou na osvětlené polokouli (r^2=0,91),' řekl Fan. 'Ve spojení s geometrií zobrazení se rekonstrukce mapy stává problémem lineární regrese.'
Po analýze výsledných křivek a jejich porovnání s původními snímky výzkumný tým zjistil, které parametry křivek odpovídají pevnině a oblačnosti. Poté vybrali parametry, které nejvíce souvisely s plochou pevniny, a upravili je na 24hodinovou rotaci Země, což jim poskytlo obrysovou mapu (uvedenou výše), která představovala, jak by vypadala světelná křivka Země ze světelných let daleko.
Černé čáry představují parametr vlastností povrchu a odpovídají zhruba pobřeží hlavních kontinentů. Ty jsou dále zbarveny zeleně, aby poskytly hrubé znázornění Afriky (uprostřed), Asie (vpravo nahoře), Severní a Jižní Ameriky (vlevo) a Antarktidy (dole). To, co leží mezi tím, představuje oceány Země, přičemž mělčí části jsou označeny červeně a ty hlubší modře.
Tyto druhy zobrazení, když jsou aplikovány na světelné křivky vzdálených exoplanet, by mohly astronomům umožnit posoudit, zda má exoplaneta oceány, mraky a ledové čepice – všechny nezbytné prvky „Zemi podobné“ (neboli obyvatelné) exoplanety. Jak Fan uzavřel:
„Analýza světelných křivek v této práci má důsledky pro určování geologických rysů a klimatických systémů na exoplanetě. Zjistili jsme, že variaci světelné křivky Země dominují mraky a země/oceán, které jsou obě klíčové pro život na Zemi. Exoplanety podobné Zemi, které mají tento druh rysů, by proto s větší pravděpodobností hostily život.'
Planety podobné Zemi. Obrazový kredit: JPL
V čisté budoucnosti budou nástroje nové generace jako např Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) umožní dosud nejpodrobnější průzkumy exoplanet. Kromě toho pozemní nástroje, které budou online uvedeny v příštím desetiletí – jako např Extrémně velký dalekohled (ELT), Třicetimetrový dalekohled (TMT) a Obří Magellanův dalekohled (GMT) – očekává se, že povolí přímé zobrazovací studie menších, kamenných planet, které obíhají blíže ke svým hvězdám.
S pomocí studií, které pomáhají vyřešit povrchové rysy a atmosférické podmínky, mohou být astronomové konečně schopni s jistotou říci, které exoplanety jsou obyvatelné a které ne. S trochou štěstí by objev Země 2.0 (nebo několika Zemí) mohl být hned za rohem!