Учёные готовятся находить обитаемые миры при помощи обсерватории HWO

Растительность по-особому взаимодействует со светом. Хлорофилл — пигмент, придающий растениям зелёный цвет, — поглощает видимый свет для обеспечения фотосинтеза. При этом он проводит чёткую границу между красными и ближними инфракрасными длинами волн (около 700 нанометров) и сильно отражает ближнее инфракрасное излучение обратно в космос, а не поглощает его. Результатом является резкий скачок отражательной способности на этой длине волны, называемый красным краем. Это спектральный отпечаток фотосинтетической жизни, и он, в том числе, заложен в световом профиле Земли – при наблюдении за ней из космоса при помощи соответствующих приборов его легко обнаружить.

Будущие обсерватории, например планируемая НАСА обсерватория обитаемых миров «Habitable Worlds Observatory» (HWO), разрабатываются именно с этой целью. Однако обнаружить «красный край» на удалённой экзопланете гораздо сложнее, чем кажется, и в новом исследовании учёных из Лаборатории реактивного движения (JPL) и Центра космических полётов имени Годдарда НАСА была решена одна из самых сложных задач в этой области.

Реальные планеты сложнее их моделей. В предыдущих моделях экзопланет, похожих на Землю, их поверхности и атмосферы, обычно, рассматривались как однородные, с одним типом рельефа и однородным слоем облаков. Реальная Земля устроена совсем иначе. В любой момент времени часть её поверхности занимает океан, часть — леса, часть — пустыни, часть — ледяные шапки. Одни регионы покрыты густыми облаками, в других — ясно. Эта мозаика различных поверхностей отражает свет по-разному зависимо от того, что находится в поле ввода зрения и на какой длине волны, а облака могут значительно искажать сигнал.

Команда под руководством Закари Берра использовала реалистичные трёхмерные модели самой Земли для моделирования планеты в девять разных моментов дня, чтобы зафиксировать различные особенности поверхности, появляющиеся в поле ввода зрения по мере вращения. Они прогнали эти модели через сложную систему обработки данных под названием ExoReL, расширенную учитывая поверхностей, отражательная способность которых варьируется в зависимости от длины волны, а не предполагая плоскую однородную реакцию.

Результаты показали, что даже при наличии облачного покрова и даже после усреднения спектров для имитации более длительных периодов наблюдения, необходимых реальному телескопу, сигнал «красного края» можно обнаружить при условии, что более половины видимой поверхности составляет суша, а не океан. Команде удалось определить скачок отражательной способности с точностью до примерно 70 нанометров, что достаточно надёжно для различения биологических и небиологических причин.