Aliens

Mēness aptumsums ļāvis palūkoties uz Zemi kā eksoplanētu

Spāņu astrofiziķi no Tenerifā (Kanāriju salas) bāzētā Kanāriju Astrofizikas institūta (KAI) žurnālā Nature publicējuši interesanta eksperimenta rezultātus, kas, kā viņi apgalvo, palielina iespēju atrast citu zvaigžņu planētas ar organisku dzīvību. Zinātnieku iegūtais Zemes atmosfērai cauri izgājušais un no Mēness atstarotais Saules starojuma spektrs saturēja molekulārā skābekļa, ozona, ūdens tvaika, metāna un ogļskābās gāzes spektrālos parakstus.

Eksperimentu pētnieki veica, izmantojot Palmas salā (La Palma) uzbūvētās Rokdelosmučačas observatorijas (Roque de los Muchachos Observatory) Heršela Teleskopu (William Herschel Telescope) un Ziemeļu Optisko Teleskopu (Nordic OpticalTelescope).

Šobrīd astronomiskajos katalogos ir atrodamas vairāk nekā 350 citu zvaigžņu planētas jeb eksoplanētas, un šis skaitlis nepārtraukti aug. Apmēram katra sestā eksoplanēta savā orbitālajā kustībā periodiski nonāk pozīcijā starp savu zvaigzni un Zemi un šajā laikā daļēji nosedz zvaigznes izstarojumu (šādas planētas sauc par tranzīta planētām). Šajā laikā nenozīmīga zvaigznes gaismas daļa vispirms iziet cauri planētas atmosfērai, bet tad atkal atgriežas atklātā kosmosā. Rezultātā tajā parādās atmosfēras gāzu absorbcijas līnijas, kuras dažreiz izdodas reģistrēt uz Zemes. Tādā veidā 2007.gadā gigantiskās augsttemperatūras gāzes planētas ("karstā Jupitera") HD 189733b atmosfērā konstatēja ūdens tvaiku, bet 2008.g. - metānu un oglekļa dioksīdu.

Protams, "karstie Jupiteri" kosmiskās dzīvības meklējumu ziņā nav pārāk perspektīvi. Tādam nolūkam vairāk der cieti Zemes tipa ķermeņi ar pieņemamu virsmas un atmosfēras temperatūru. Daudzi astronomi cer, ka jau nākamajā desmitgadē vismaz vienas vai divu tādu planētu atmosfērā atklās skābekli, ūdeni un vienkāršākos organiskos savienojumus.

Taču šeit rodas acīmredzama problēma. Gaismas plūsmas samazināšanās pakāpe ir proporcionāla aptumšojošās planētas un aptumšojamās zvaigznes lineāro izmēru attiecību kāpinājumam otrajā pakāpē. Ja planētas diametrs ir vienāds ar vienu desmito daļu no zvaigznes diametra (tāda ir attiecība starp Jupitera un Saules ģeometriskajiem parametriem), tā aizsegs vienu procentu no zvaigznes gaismas. Zemes izmēru planēta tādas zvaigznes kā Saule redzamo spožumu samazinās vēl simts reižu vājāk, tikai par procenta simto daļu. Šī brīža fotometriskā un spektroskopiskā aparatūra gan uz Zemes, gan kosmosā visdrīzāk nespēs iegūt informāciju par atmosfēru uz vēl neatklātajām eksozemēm (vienīgā šobrīd zināmā citas zvaigznes planēta aptuveni Zemes lielumā ir pārāk karsta, lai pretendētu uz šo nosaukumu).

Šobrīd pat nav zināms, vai tas būs pa spēkam milzīgajam Džeimsa Veba teleskopam (The James Webb Space Telescope), kura iedarbināšana plānota 2014.gadā. Tomēr Enriks Palle un viņa kolēģi no IAC uzskata, ka cerības ir pamatotas. Pētnieki ar mūsu dabīgā pavadoņa Mēness palīdzību ir nomodelējuši tranzīta planētu atmosfēras spektroskopiskās analīzes procesu. Precīzāk, viņi veica 2008.gada 16.augusta daļējā Mēness aptumsuma laikā (sk. augšējo attēlu) no tā virsmas atstarotās Saules gaismas spektrālo analīzi. Šis starojums pa ceļam uz Mēnesi izgāja cauri Zemes atmosfēru un tāpēc izmainīja savu spektrālo struktūru. Analīzes gaitā spāņu zinātniekiem izdevās droši atklāt molekulārā skābekļa, ozona, ūdens tvaika, metāna un ogļskābās gāzes spektrālos parakstus. Un, kas ir pats galvenais, šo parakstu skaidrība manāmi pārsniedza teorētiskajos aprēķinos iegūtos gaidāmos rezultātus (īpaši metānam). Tāpēc Palle un viņa līdzautori uzskata, ka Džeimsa Veba teleskopa aparatūru noteikti varēs noregulēt citu zvaigžņu Zemes tipa planētu atmosfēras sastāva efektīvai analīzei.

Šajā jomā autoritatīva speciāliste Džovanna Tinetti no Londonas Universitātes koledžas, komentējot spāņu kolēģu rakstu, pat pieļāva, ka principā uz to ir spējīgs arī nesen izlabotais Habla kosmiskais teleskops. Tiesa, šajā sakarā nevar neatkārtot, ka eksozemju meklējumi vēl nav vainagojušies ar panākumiem. Taču nesen meklētāju izredzes palielinājās, jo eksoplanētas meklēs arī jauns, no Kanaveralas zemesraga šī gada 6. martā orbītā palaists kosmiskais teleskops Kepler. Tas ir aprīkots ar ārkārtīgi jūtīgu fotometru, kas ļauj novērot neliela izmēra tranzīta planētas. Mērenas veiksmes gadījumā līdz Veba teleskopa iedarbināšanai "Keplers" varētu atrast vismaz vienu patiešām Zemei līdzīgu eksoplanētu.

Atlicis vien pievienot tehniskas dabas detaļas. Zemes atmosfēra nelaiž cauri visus no kosmosa nākošos elektromagnētiskā starojuma veidus (piemēram, tā ekranē gandrīz visu ultravioleto starojumu, rentgenu un gamma-starus). Taču atmosfēra ir atvērta viļņiem ar garumu no 300 līdz apmēram 2500 nanometriem - tas ir viss redzamais spektrs ar tam blakus esošajiem ultravioletā un tuvā infrasarkanā diapazona apgabaliem. Viss šis starojums atmosfērā izkliedējas, jo daudzas tur esošās gāzu daļiņas izmēros daudzkārt atpaliek no ienākošo viļņu garuma. Šādu izkliedes tipu sauc par Releja izkliedi. Pirmajā tuvinājumā tā intensitāte (jeb, izsakoties formāli, efektīvais šķēlums) ir apgriezti proporcionāla gaismas viļņa garuma kāpinājumam ceturtajā pakāpē (precīza saistība ir nedaudz sarežģītāka). Tāpēc Saules starojuma īsviļņu apgabala kvanti Zemes gaisa baseinā izkliedējas daudz spēcīgāk par garo viļņu fotoniem, veidojot arī mums pierasto zilo debess krāsu. Tā paša iemesla dēļ Zeme šķiet iekrāsota gaiši zilos toņos, lūkojoties no kosmosa.

Pētnieki no Palles grupas analizēja Saules gaismu apgabalā no 340 līdz 2400 nanometriem. Pa ceļam uz Mēnesi tā pa pieskari izgāja cauri Zemes atmosfērai, tāpēc tās ceļš vairākas reizes pārsniedza atmosfēras biezumu. Releja izkliedes efekta ietekmē, starojuma intensitāte diapazonā no 300 līdz 600 nanometriem spēcīgi samazinājās salīdzinājumā ar gaismu, ko Zeme tiešā veidā atstaroja kosmosa telpā (šī starpība labi redzama apakšējā diagrammā, kurā pirmais spektrs ir parādīts ar melnu lauztu līniju, bet otrs - ar zilo; no Zemes atstarotās gaismas raksturlielumi iegūti Mēness pelnu gaismas analīzes rezultātā). Tāpēc visskaidrākie ūdens, skābekļa, ogļskābās gāzes un metāna pēdas absorbcijas pīķi tika reģistrēti viļņu garumos, lielākos par 1000 nanometriem (augšējā diagramma).

Cik pārliecinošs ir šis eksperiments? Kā uzskata tā autori, viņu aprēķini ļauj izdarīt secinājumus, ka kosmiskā platforma ar Džeimsa Veba infrasarkanā teleskopa iespējām, spektrāli analizējot aptuveni līdz 30 gaismas gadiem attālu no Saules riņķojošu tranzīta planētu aizēnotu zvaigžņu gaismu, spēs noteikt Zemes atmosfērā reģistrētos, par dzīvībai svarīgu elementu klātbūtni liecinošus absorbcijas spektra pīķus. Tas izdosies vieglāk, ja pašas zvaigznes būs sarkanie punduri no spektrālās klases M (tad tranzīta planētas ekranējošais efekts sasniegs maksimumu, kas ļaus vieglāk izdalīt atmosfēras gāzu signālus). Palle un viņa kolēģi apgalvo, ka šajā gadījumā signālus varēs reģistrēt jau pēc divdesmit līdz trīsdesmit planētas tranzītu novērošanas.

Aleksejs Levins
Ilmāra Cīruļa tulkojums

Avots: Enric Pallé, María Rosa Zapatero Osorio, Rafael Barrena, Pilar Montañés-Rodríguez, Eduardo L. Martín. Earth's transmission spectrum from lunar eclipse observations // Nature. 2009. V. 459. P. 814-816. Doi:10.1038/nature08050.

Pirmo reizi raksts pārpublicēts no elementy.ru 22.06.2009.