_ „Wind-ruffled valuri, spumă și umbre ale valurilor, deasupra apei de mare albastră naturală”: Cum vom observa exoplanete cu oceane

Oceanele planetei noastre generează semne luminoase revelatoare atunci când lumina soarelui se reflectă asupra lor. Exoplanetele cu acoperire oceanică semnificativă pot face același lucru. Putem folosi semnăturile de reflectanță ale Pământului pentru a identifica alte lumi asemănătoare Pământului cu oceane mari?

Ar trebui să putem, în cele din urmă.

Un nou studiu a examinat semnăturile luminoase care se reflectă de pe Pământul. oceanelor și a explorat fluxul și polarizarea acestora. Cercetătorii au modelat două Pământuri: o planetă uscată și o planetă umedă, cu nori și atmosferă asemănătoare Pământului. Apoi au simulat modul în care lumina s-ar reflecta de pe acele planete în diferite condiții. Ei au descoperit că doar un ocean poate determina scăderea polarizării luminii în moduri specifice.

Studiul este intitulat „Semnături oceanice în fluxul total și spectrele de polarizare ale exoplanetelor asemănătoare Pământului”. Jurnalul Astronomy and Astrophysics îl va publica, dar este disponibil în prezent online pe site-ul de prepressă arxiv.org. Autorii sunt V. J. H. Trees și D. M. Stam. Arborele provine de la Institutul Regal de Meteorologie din Țările de Jos, iar Stam de la Universitatea de Tehnologie Delft.

Oamenii de știință au găsit vapori de apă pe exoplanete, dar sunt detectați spectroscopic când planeta se află în fața stelei sale și a luminii stelelor. trece prin atmosferă. Aceste observații au dezvăluit semnătura moleculară a apei, dar în prezent nu există nicio modalitate de a ști dacă există un ocean. „… observațiile reale ale oceanelor cu apă lichidă sunt posibile doar folosind o detectare directă a luminii stelelor care este reflectată de planetă”, se arată în lucrare.

Unele estimări științifice arată că până la un sfert din exoplanetele cunoscute. au oceane, deși o mare parte din apă poate fi în oceane subterane. În sistemul nostru solar, doar planeta Pământ are oceane de suprafață. Mai multe luni din sistemul solar au oceane subterane, iar unele dintre planetele pitice probabil că au și ele.

Nu suntem aproape de a detecta oceanele subterane pe exoluni, dar pe măsură ce tehnologia telescopului avansează, este posibil să putem detectează oceane pe planete asemănătoare Pământului. După cum scriu autorii acestei lucrări, „Simulările numerice ale luminii stelelor care este reflectată de exoplanetele asemănătoare Pământului prezic semnături de locuință care pot fi căutate cu telescoapele viitoare.”

Cercetătorii au calculat trei lucruri în exoplaneta lor numerică. simulări: flux total (F), flux polarizat (Q) și grad de polarizare (Ps). Ei au modelat oceanele într-un mod special. „Oceanele constau din suprafețe reflectorizante Fresnel, cu valuri zdrobite de vânt, spumă și umbre ale valurilor, deasupra apei de mare albastră naturală”, explică ei. Reflectarea Fresnel este atunci când lumina reflectată este în același plan cu lumina incidentă. Se mai numește și polarizare paralelă, numită după Augustin-Jean Fresnel. El a inventat o lentilă folosită în faruri care concentrează lumina într-un fascicul mai îngust.

Măsurarea polarizării luminii din oceane este importantă deoarece nu se așteaptă ca lumina stelelor să fie polarizată. De asemenea, în timp ce semnalele luminoase se degradează cu distanța, gradul de polarizare nu. Din păcate, astronomii nu pot măsura încă polarizarea reflectată de ocean. „Telescoapele actuale de la sol și cele din spațiu nu sunt capabile să măsoare lumina polarizată care este reflectată de exoplanetele asemănătoare Pământului”, explică autorii.

Dar asta se va schimba.

Viitorul telescop european extrem de mare (E-ELT) și Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), un concept de telescop spațial dezvoltat de NASA, vor putea măsura ambele lumină polarizată. Modele numerice precum cele din acest studiu vor fi folosite pentru a proiecta instrumentele și procedurile de observare necesare pentru a detecta polarizarea luminii reflectate de exo-oceane.

Una dintre principalele concluzii din această lucrare se referă la gradul de polarizare sau Ps. Imaginea de mai jos compară Ps pentru planetele uscate fără nori cu planetele oceanice fără nori.

Principalul rezultat este că Ps scade doar în anumite circumstanțe, care pot fi măsurate. După cum subliniază autorii, „Scăderile în Ps sunt observate numai pentru planetele oceanice și numai atunci când strălucirea este lipsită de nori”. Acesta este un rezumat simplificat al rezultatelor lor, dar arată că sunt pe ceva.

Dacă – sau sperăm când – descoperim o exoplanetă cu un ocean, acesta va fi un eveniment marcant. Comunitatea științei spațiale este destul de încrezătoare că sunt acolo și au o posibilitate puternică de a susține viața. Indicii de exo-oceane apar atunci când oamenii de știință măsoară densitatea unei exoplanete în raport cu dimensiunea acesteia. Dar, așa cum stau lucrurile, nu există nicio modalitate de a ști cu siguranță dacă detectăm un ocean de suprafață.

Acești cercetători lucrează de ceva vreme la problema detectării exo-oceanelor și au publicat alte lucrări. abordând problema. Dacă simulările lor sunt corecte, este posibil să dezvoltăm o modalitate fiabilă de a detecta lumi oceanice la distanțe mari. E-ELT urmează să vadă prima lumină în jurul anului 2027 și va fi capabil să detecteze lumina stelară polarizată reflectată de oceane.

Poate că vom avea prima noastră exoplanetă oceanică confirmată nu prea mult timp după.

(Fluierul)