Galileo bij de satelliet van Jupiter Io. Het voertuig kwam op 7 december 1995 op de planeet aan en landde op 21 september 2003. De afbeelding laat zien dat de antenne volledig is uitgerold, hoewel het in feite nooit is gebeurd.
Op 8 december 1990 ging het Galileo-ruimtevaartuig van Aarde naar Jupiter. Hij nam afstand van 960 km, hield zijn instrumenten intact en bleef constant contact houden. Hij verzamelde gegevens, waaronder onze planeet.
Maar wat kon hij van zo'n afstand vangen? Was leven, vegetatie, tekenen van geest zichtbaar? Deze vragen werden in 1993 gesteld door Karl Sagan. De resultaten toonden aan dat het apparaat een enorme hoeveelheid informatie registreerde die het leven op onze planeet bevestigt. Dus elke andere vorm, als deze op voldoende afstand voorbijgaat, zal hetzelfde opmerken.
Er was veel informatie: overvloedige hoeveelheden oppervlaktewater, zuurstof, methaan, ozon, radiosignalen, enzovoort. Maar Sagan concentreerde zich op de krachtige reflectie van bijna-infrarode kleuren in het aardse spectrum. De "rode rand" geeft de aanwezigheid aan van een "lichtontvangend pigment in het fotosynthesesysteem". Met andere woorden, we hebben een handtekening van vegetatie ontvangen. Dat wil zeggen, sondes als Galileo zouden al deze tekens gemakkelijk op andere objecten moeten vinden, als ze dat natuurlijk zijn.
Maar hier was het ongeveer kilometers, en we zijn van plan om objecten te verkennen die ver weg zijn voor lichtjaren. Zou het mogelijk zijn om de rode rand op te merken in dergelijke omstandigheden? Wetenschappers zijn geïnteresseerd in het beantwoorden van deze vraag.
Pilar Montanes-Rodriguez van de Solar Observatory "Big Bear"
Als je op zoek bent naar planeten met tekenen van leven, is het belangrijk om te begrijpen waarnaar je moet zoeken. Pilar Montanes-Rodriguez concentreert zich op de aanwezigheid van atmosferische gassen. Het is noodzakelijk om combinaties te identificeren zoals zuurstof en methaan, zuurstof en water, ozon en koolstofdioxide. Maar dit duidt alleen op de aanwezigheid van microbiële vormen die zich al miljarden jaren op onze planeet bevonden vóór het verschijnen van multicellulaire organismen. Het vinden van iets complexer (planten) is veel moeilijker. Hiervoor en moeten vertrouwen op de rode rand. Maar is het mogelijk om het te onthullen?
In het maanlicht
De onderzoeker die de spectrale signaturen van de planeten bestudeert, heeft geen grote selectie van objecten. Sagan, Palle en Montanes-Rodriguez concentreerden zich op de meest bestudeerde planeet - de aarde. Het lijkt erop dat met zo'n rijke geschiedenis de taak eenvoudig moet zijn. Immers, als Galileo dit op grote afstand deed, kunnen orbitale satellieten ons op zijn minst elke dag van informatie voorzien. Is het niet? Nee, dat gaan ze niet doen.
Waar het op neer komt is dat de studie van exoplaneten anders is dan de beoordeling van nabije objecten. Het apparaat, dat op een afstand van 1000 km vliegt, kan letterlijk naar geografische kenmerken kijken en een krachtige rode rand aangeven op plaatsen met vegetatie (zoals de bossen van de Amazone). Maar over de oceanen of woestijnen liet de rand zich niet zien. Hetzelfde geldt voor de satellieten in een baan, gefixeerd in verschillende regio's.
Als het gaat om exoplaneten, maakt de afstand dingen ingewikkeld. We kunnen niet alleen begrijpen waar de gebieden met oceanen, woestijnen en vegetatie zich bevinden, maar ook ontdekken of ze überhaupt bestaan. We hebben alleen een gemeenschappelijk spectrum in handen, dus de rode rand zal niet op punten worden geconcentreerd, maar verdund. Of misschien manifesteert het zich helemaal niet?
Earth-verlichting
Als satellieten en ruimtevaartuigen het geïntegreerde aardespectrum niet kunnen meten, hoe dan? Van aardse licht. Je weet dat de maan van uiterlijk verandert. Het heldere gedeelte wordt verlicht door de zon en het donker bevindt zich in de schaduw. Maar het verdwijnt nog steeds niet helemaal, maar stoot een zwakke gloed uit die wordt weerkaatst door de aarde. Dit is de aardse straling. Als directe waarneming licht dat door specifieke gebieden wordt gereflecteerd volgt, geeft de hele bol het amalgaam van licht vanaf de helft van het aardoppervlak weer. Omdat we één spectrum als basis nemen, is het schijnen van de aarde een ideale weergave van hoe onze planeet zal worden gezien door een verre waarnemer.
De jacht op de rode rand
Wetenschappers verwachtten geen doorbraak of duizelingwekkende resultaten. Ze gebruikten de 60-inch telescoop van het Palomar Observatorium en een zeer nauwkeurige spectrometer om het spectrum van de uitstraling van de aarde vast te leggen in de nacht van 19 november 2003. Op dat moment merkten ze geen significante toename van het signaal op, wat het falen van de wolkenlaag verklaart. Het feit is dat de wolken de eigenschappen hebben om na te denken en de signalen van de groene gebieden te blokkeren.
Aardegebieden die op verschillende tijden aurora vertonen 19 november 2003
Om het voorgevoel te bevestigen, besloten Palle en Montanes-Rodriguez om de gegevens te vergelijken met actuele bewolking en groene dekking. Dit hielp bij het maken van een computermodel dat gereflecteerd licht uit verschillende regio's combineert. Ze voorspelde nauwkeurig het spectrum van het aardoppervlak.
Dit bewees dat ze elke nacht een spectrum kunnen demonstreren als er informatie is over bewolking. Met zo'n krachtig hulpmiddel konden wetenschappers het probleem van de andere kant bekijken. De rode rand was nauwelijks waarneembaar, maar dit betekent niet dat de methode om te zoeken naar vegetatie nutteloos was. Misschien zijn er omstandigheden waaronder het signaal merkbaar beter is?
Het eerste dat in je opkomt, is om in de nacht te volgen wanneer de lucht vrij is. Maar hier zullen we een fout tegenkomen. Wolken bedekken altijd ongeveer 60% van het oppervlak. Dat wil zeggen, zijn wolken zullen altijd hetzelfde zijn. Wat zou de perfecte dag om te zoeken moeten zijn?
Drie dagen aardse licht: hier zijn de percentages van aardse lichten voor delen van de planeet die zowel bewolkt als bedekt zijn met vegetatie, op drie verschillende dagen. De blauwe lijn (19 november 2003) - 40% van het oppervlak was verantwoordelijk voor het creëren van het glanzende, zwarte en rode (19 december 2002 en 7 december 2003) - er was slechts een klein interval aan te pas. Drie pieken (van links naar rechts): Azië, Afrika en Zuid-Amerika. Om precies te bepalen, hebben de wetenschappers besloten om het aardse spectrum in 2003 elke dag te modelleren. Het bleek dat 19 december 2002 en 7 december 2003 gedurende de dag een sterke schommeling van de rode rand vertoonden. Het signaal verscheen en verdween drie keer. De onderzoekers hielden de tijd bij en realiseerden zich dat paardenraces verschenen toen de regio's die het meest bijdroegen aan het proces ook gebieden omvatten die rijk zijn aan vegetatie. Het instrument leek gek te worden en probeerde de aanwezigheid van levensvormen aan te duiden.
Waarom was het signaal op de eerste nacht dan zwak? Hier moeten we rekening mee houden dat de grootte van het gebied dat bij het proces betrokken is, drastisch kan veranderen. Wanneer we de maan waarnemen, zien we de veranderingen ervan (verlichting door de zon). Als je de aarde vanaf een satelliet zou volgen, had je hetzelfde effect opgemerkt. Natuurlijk helpen alleen de heldere delen om uitstraling te creëren. Ze kunnen ongelooflijk smal en zwak zijn, of ze kunnen de helft van de planeet bedekken wanneer deze verlicht is. Het bleek dat er momenten waren dat onze planeet 'zwermde' van leven en dat er dagen van volledige stilte waren.
Laten we niet vergeten dat blootstelling aan licht kan vallen op zones met oceanen, land of dicht begroeid met wolken, daarom is het effect niet altijd opmerkelijk en radicaal anders. Het blijkt dat de rode rand simpelweg wordt geabsorbeerd door deze factoren.
Het spectrum van de uitstraling van de aarde en de rode rand De zwarte lijn vertegenwoordigt het spectrum op 19 november 2006. Groen - computersimulatie van het spectrum op dezelfde dag (het is duidelijk dat ze samenkomen). Rood - model van spectral albedo op 7 december 2003. De rode rand wordt aangegeven door de helling van de lijn.
De onderzoekers vonden een aanwijzing, namelijk een dunne opening. Onze planeet draait, dus als een groot percentage van het licht wordt gezien over Amerika, weerkaatst naar de maan, zal het worden opgemerkt boven het vasteland, en niet de oceaan. Dat wil zeggen dat vegetatiegebieden met een rood randsignaal gemakkelijk moeten worden gevonden en niet overlappen met het licht van de woestijn. Hetzelfde geldt voor de wolken. Wolkengebieden dragen nog steeds een bepaalde hoeveelheid licht bij. Maar als het onderdeel wordt weergegeven door een nauwe opening, verandert alles. Dit gat zal af en toe bedekt zijn met wolken, maar het zal dan nog steeds vallen in een gebied dat verstoken is van "interferentie" en vegetatie oppikken.
Dat wil zeggen, we sturen een scanstraal naar de draaiende aarde. Het zal door alle groene plaatsen gaan en we zullen op bepaalde momenten signalen van de rode rand ontvangen. Maar op de grond oceanen en woestijnen zal hij stil zijn. Dit wordt aangetoond met de contactdata met Azië, Afrika en Zuid-Amerika.
Maar onze planeet is niet het beste voorbeeld voor onderzoek. We zijn immers meestal bedekt met water, dus u kunt alleen een smalle strook gebruiken om te zoeken en te wachten op het gebied dat aan de vereisten voldoet.
Delen van de uitstraling van de aarde (19 november en 7 december.) Op 19 november (links) scheen het grootste deel van de aardeschijf op waarneming en droeg zijn aandeel in het licht bij, maar op 7 december (rechts) was alleen het gat verlicht. In het eerste geval is slechts 15% van het grondgebied begroeid en in de tweede - 48%.
Op andere planeten
Hoe helpt dit bij het zoeken op andere planeten? Welnu, vanaf het begin lijkt dat niets. In ons geval gaan we uit van de kenmerken van de aarde, de positie van de maan en de zon. Toekomstige missies zullen moeten zoeken naar reflectie van een bepaalde planeet, niet naar een hypothetische satelliet. Dit zal een zeer gecompliceerd proces zijn, vooral omdat onze wereld een uniek geval is, omdat het onmogelijk is om de reflectie van licht van een satelliet in andere objecten te ontvangen.
Maar Montanes-Rodriguez is het hier niet mee eens. Exoplaneten hebben fasen die lijken op wat we zien wanneer we naar de maan kijken. Wanneer de planeet naar de andere kant van de ster beweegt, lijkt het compleet. Het roteert ook, dus het bereikt het punt waar het zich dichter bij ons bevindt. Maar ze kan zich achter een ster verbergen en alleen de lichtstrip ontmantelen. Met de juiste keuze van de dag kun je de planeet scannen en de rode rand vinden.
De maan en de exoplaneten We zien dat de maan van vorm verandert afhankelijk van de fasen. Dit kan op andere planeten worden toegepast. Het is noodzakelijk om de rode rand te zoeken wanneer deze "nieuw" is en we zien alleen een smalle strook.
Zoals altijd bieden wetenschappers ons goed nieuws en slecht. Laten we beginnen met het negatieve. Om de rode rand op een verre planeet te vinden, moet je ernaar kijken langs een lijn dicht bij het vlak van het baanpad. Als het wordt afgewezen, dan zien we eenvoudigweg de "fase" niet. Maar zelfs onder ideale omstandigheden merken we de voorsprong op het moment van de zwakte van de planeet. Dit gebeurt wanneer het zich dicht bij de ster bevindt. Maar dit veroorzaakt problemen, omdat het nodig is om het licht van de ster zelf te isoleren. Daarom hebt u apparatuur nodig die tien keer gevoeliger is dan modern.
Maar er is goed nieuws. Rode rand kan worden gevonden als we de exacte locatie weten. Nu hebben we geen gereedschap, maar in de toekomst zal deze methode van pas komen. En dan zullen we ons realiseren dat niet alleen in het Universum en ergens anders vegetatie, water en mogelijk rationele vormen van leven zijn.
