Как мы обнаружим экзопланеты с океанами
Океаны нашей планеты генерируют характерные световые сигнатуры, когда солнечный свет отражается от них. То же самое могут делать и экзопланеты со значительным океаническим покрытием.
В новом исследовании рассматриваются световые сигнатуры, отражающиеся от океанов Земли, и изучается их поток и поляризация. Исследователи смоделировали две Земли: сухую планету и влажную планету с облаками и атмосферой, похожей на земную. Затем они смоделировали, как свет будет отражаться от этих планет в различных условиях. Они обнаружили, что только океан может вызвать определенное изменение поляризации света.
По некоторым научным оценкам, до четверти известных экзопланет имеют океаны, хотя большая часть воды может находиться под поверхностью. В нашей Солнечной системе только планета Земля имеет поверхностные воды. Несколько лун в Солнечной системе имеют подповерхностные океаны, и некоторые из карликовых планет, вероятно, тоже.
В ходе численного моделирования экзопланет исследователи установили три параметра: общий поток (F), поляризованный поток (Q) и степень поляризации (Ps). «Океаны состоят из отражающих поверхностей Френеля с волнами, гонимыми ветром, пеной и волновыми тенями над естественной голубой морской водой», - объясняют учёные. Отражение Френеля - это когда отраженный свет находится в той же плоскости, что и падающий. Второе наименование этого явления - параллельная поляризация, названная в честь Огюстена-Жана Френеля. Он изобрел линзу, используемую в маяках, которая фокусирует свет в более узкий луч.
Измерение поляризации света из океанов важно потому, что звездный свет не должен быть поляризованным. Кроме того, если световые сигналы ухудшаются с расстоянием, то степень поляризации - нет.
Экстремально Большой Телескоп диаметром 40 метров (E-ELT) и проект космического телескопа, работающего в ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном диапазонах (LUVOIR), концепция космического телескопа, разрабатываемая НАСА, будут способны измерять поляризованный свет.
Главный вывод заключается в том, что степень поляризации (Ps) падает только при определенных обстоятельствах, которые можно измерить. Как отмечают авторы, «Падение Ps наблюдаются только для океанических планет и только при безоблачном блеске».
Космическая наука уверена, что экзопланеты с океанами существуют и могут поддерживать жизнь. Намеки на экзоокеаны появляются, когда ученые измеряют плотность экзопланеты в зависимости от ее размера. Если их моделирование окажется верным, мы сможем разработать надежный способ обнаружения океанических миров на больших расстояниях. E-ELT должен увидеть первый свет около 2027 года, и он будет способен обнаруживать поляризованный звездный свет, отраженный от океанов.
Возможно, вскоре после этого мы получим первую подтвержденную океаническую экзопланету.