Наблюдение вулканов на далеких инопланетных мирах

Группа специалистов по физическому моделированию стремится понять, как выглядят различные сценарии с помощью различных технологий телескопов. Свежая работа исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, NASA Goddard, Американского университета и Университета Мэриленда, размещенная на сервере препринтов arXiv, является воплощением этого стремления. Команда попыталась представить, как может выглядеть вулканическая активность на экзопланете, вращающейся вокруг солнцеподобной звезды.

Почему вулканическая активность имеет значение

Вулканическая активность служит окном, позволяющим заглянуть в подбрюшье экзопланеты и увидеть лежащую под ней геологию. По сути, вулканы выбрасывают внутреннее вещество планеты на ее поверхность и в атмосферу. Таким образом, получение изображений вулканической атмосферы экзопланеты позволяет телескопам заглянуть во внутренний состав планеты, сетчатка.

В настоящее время лишь несколько телескопов, в том числе JWST, способны обнаруживать атмосферы экзопланет, хотя и вокруг красных карликов. Блеск звезд, подобных нашему Солнцу, перегружает сенсоры телескопа, делая данные непригодными для использования.

Горизонт телескопной техники: LUVOIR

Проект телескопа будущего, в частности телескопа LUVOIR, находящегося сейчас на стадии концептуальной разработки, открывает большие перспективы. LUVOIR, согласно его текущему дизайну, может получить прямое изображение атмосфер экзопланет размером с Землю, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд на расстоянии около 1 AU.

Расшифровка изображений столь далеких небесных тел требует уникального понимания. В отличие от простого обнаружения Эйфелевой башни на фотографии, здесь речь идет об анализе данных, способствующем научному пониманию. Испытания телескопов на известных объектах — это стратегия разработки шифра для интерпретации.

Земля как шифр и вулканы как ключ

Земля, один из наиболее тщательно изученных объектов в космосе, и ее вулканические извержения являются важнейшей базой для понимания атмосфер экзопланет. В статье рассматривается модель экзоземли, изучаются спектральные изменения, вызванные различными вулканическими извержениями.

LUVOIR, оснащенный тремя основными спектрографами, фокусирующимися на различных длинах волн, может обнаружить такие элементы, как вода, особенно разрушенные вулканическими аэрозолями. Так, в статье отмечается, что «особенности поглощения H2O были почти полностью скрыты вулканическими аэрозолями во время извержений», что указывает на потенциальную спектральную сигнатуру вулканизма.

Спектральная характеристика вулканизма и потенциал LUVOIR

Спектральная дисперсия в спектрах ультрафиолетового и видимого света, особенно в районе спектральной линии озона, может намекать на активные извержения. Рассмотренная модель позволяет с вероятностью 90% обнаружить такую планету с помощью LUVOIR, если мы наблюдаем 47 землеподобных планет вокруг солнцеподобных звезд.

Поскольку запуск LUVOIR ожидается в 2039 г., поиск путей анализа атмосфер экзопланет и вулканической активности растягивается далеко на 2040-е годы. Хотя это и кажется далеким будущим, оно открывает теоретикам путь к совершенствованию моделей и готовит к открытию множества космических явлений.