Чужая жизнь в отраженном свете

Земной опыт подсказывает ученым, что в земных условиях жизнь можно найти даже в тех местах, которые, казалось бы, очень плохо для нее приспособлены. Только найти ее там очень сложно. Нужны специальные методы и средства. Оказалось, что и космические условия не так уж с ней и несовместимы. Но для отыскания ее на экзопланетах, расположенных на расстоянии в сотни световых лет от нас, придется придумать что-то новенькое

Пепельное свечение Луны подскажет, как находить внеземную жизнь

На этой фотографии совмещены яркая сторона Луны, освещенная прямыми солнечными лучами, и темная сторона, подсвеченная светом Земли.

Обитателям земли трудно осознать, насколько ярко наша планета светилась бы на ночном небе. Один из немногих косвенных признаков – пепельное свечение Луны. Когда от нее виден лишь тонкий серп незадолго до новолуния или вскоре после него, и этот тонкий серп светит в темном ночном небе, что возможно лишь в те полчаса–час между заходом Солнца и заходом Луны в первой четверти, либо между восходом Луны в первой четверти и восходом Солнца. Затененная часть диска нашего спутника, куда не попадают прямые солнечные лучи, светится ровным пепельным светом, природа которого казалась непостижимой нашим предкам.

Та древняя загадка давно уже решена – как возникает пепельное свечение, 500 лет назад объяснил Леонардо да Винчи. Однако теперь выясняется, что отраженный Луной земной свет может быть использован неожиданным образом. Например, поскольку известно, как изменяет поверхность Луны прямые солнечные лучи, можно рассчитать на компьютере, как выглядит с Луны Земля, зная спектр пепельного свечения и его поляризацию. Вообще говоря, солнечный свет не поляризован – это означает, что лучи, в нем присутствующие, поляризованы по-разному. При прохождения через земную атмосферу и отражении от земной поверхности они поглощаются в разной степени.

Такой увидели Землю высадившиеся на лунной поверхности астронавты Аполлон-11. Ее угловые размеры в четыре раза превзошли угловые размеры Солнца, а яркость оказалась в 50 раз больше, чем яркость лунного диска, видимого с земли. NASA

Эта информация может использоваться, например, для того, чтобы оценивать, за счет чего свет нагревает землю. Идеально прозрачная атмосфера вообще ничего бы не поглощала и нагревалась бы исключительно земной поверхностью. Когда она становится мутной – например, из-за увеличения содержания в ней водяных паров, – солнечный свет нагревает ее уже в каждой ее повсюду, и, стало быть, быстрее. Слежение с земли за изменениями пепельного света позволяет определять, как меняется земной климат.

Но это не единственное его применение. По мнению Пилар Монтаньес-Родригес (Pilar Montanes-Rodriguez), исследователя Технологического института штата Нью-Джерси в Ньюарке (NJIT – New Jersey Institute of Technology), земной свет – это больше чем свет. Существующая на Земле жизнь сильно изменяет его, пока он проходит через земную атмосферу. Майский пресс-релиз NJIT приводит слова Монтаньес-Родригес: «Находящийся над Землей спутник легко обнаруживает в отраженном свете отчетливые признаки хлорофилла – того самого вещества, благодаря которому в листьях растений идет фотосинтез. Мониторинг отраженного Землей света проводят несколько обсерваторий. Учитывая получаемую от них информацию, мы можем следить за жизнедеятельностью земных растений так, словно это некая далека планета».

В спектре излучения звезды при прохождении через атмосферу экзопланеты появляются черные линии, соответствующие уровням поглощения атома натрия. Рисунок A. Feild, STScI

Оптимизм Монтаньес-Родригес разделяет руководитель программы NASA «Навигатор» Уэсли Трауб (Wesley Traub). Главная задача этой программы – поиск планет за пределами Солнечной системы. С помощью численного моделирования исследовательская группа Уэсли Трауба выяснила, как изменялся спектр отраженного Землей света с течением времени. «На ранних этапах земной истории в инфракрасной части спектра можно было отчетливо наблюдать линии поглощения углекислого газа, – пояснил он. – А потом, по мере развития жизни, стало резко увеличиваться интенсивность линий кислорода в видимой части спектра. Если мы когда-нибудь обнаружим что-то подобное в спектрах излучения, отраженного планетами за пределами Солнечной системы, у нас будут основания предположить наличие жизни на них».

Предполагается, что обсуждаемая проблема станет одной из тех задач, которые будут решаться на новом телескопе с апертурой 1,6 м. Его открытие ожидается в будущем году в Солнечной обсерватории, расположенной в калифорнийском городе Биг-Бер. На протяжении последних десяти лет эта обсерватория входит в состав подразделений NJIT.

Новые технологии, применявшиеся при создании этого телескопа позволят исследовать очень слабый свет очень удаленных космических объектов и выявить в нем характерные признаки присутствия живых организмов. Это трудная задача. Свет звезды будет в миллиарды раз ярче света ее крошечного спутника, но недавние эксперименты в Лаборатории реактивного движения NASA, в которой до самого последнего времени работал Уэсли Трауб, показывают, что чувствительность астрономического оборудования приближается к необходимому уровню. Кроме того, новый проект предусматривает создание двух космических обсерваторий, которые будут заниматься поиском и изучением планет, сходных по размерам с Землей и вращающихся вокруг своих звезд на расстоянии, при котором на них может существовать вода в жидком виде, необходимая для появления жизни.

Аналогичный проект, получивший название «Дарвин» разрабатывается и в Европе под эгидой Европейского космического агентства ESA. Предполагается, что к 2015 году на околоземную орбиту будет выведена космическая флотилия, состоящая из трех орбитальных телескопов с диаметром зеркала по 3 м каждый и спутника связи, который обеспечит их взаимодействие. Со временем количество орбитальных телескопов должно будет увеличиться до шести. Главным объектом поиска – признаком, по которому ищется внеземная жизнь, – станет кислород. Точнее, его довольно экзотическая форма – озон.

Около тридцати лет назад астрофизики сошлись во мнении, что положения Солнечной системы в галактике и Земли в Солнечной системе совершенно уникальны во Вселенной. Вероятность того, что они повторятся где-то на столь близком расстоянии от Солнца и что внеземную жизнь можно будет обнаружить, исчезающее мала. Мы должны постепенно приучать себя к мысли о полном одиночестве. Но прошло время, былой оптимизм вернулся и мировое научное сообщество с новой энергией принялось за поиски соседей.