Galileo in der Nähe des Satelliten von Jupiter Io. Das Fahrzeug kam am 7. Dezember 1995 auf dem Planeten an und landete am 21. September 2003. Das Bild zeigt, dass die Antenne vollständig ausgefahren ist, obwohl es tatsächlich nie passiert ist.
Am 8. Dezember 1990 startete das Galileo-Raumschiff von der Erde zum Jupiter. Er distanzierte sich 960 km, hielt seine Instrumente intakt und hielt ständigen Kontakt. Er sammelte Daten, einschließlich unseres Planeten.
Aber was konnte er aus einer solchen Entfernung fangen? War Leben, Vegetation, Gemütssymptome sichtbar? Diese Fragen wurden 1993 von Karl Sagan aufgeworfen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Gerät eine große Menge an Informationen aufzeichnete, die das Leben auf unserem Planeten bestätigten. Also, jede andere Form, wenn es in ausreichender Entfernung passiert, wird es das gleiche bemerken.
Es gab viele Informationen: reichlich Oberflächenwasser, Sauerstoff, Methan, Ozon, Funksignale und so weiter. Sagan konzentrierte sich jedoch auf die starke Reflexion von Farben im nahen Infrarot im terrestrischen Spektrum. Der "rote Rand" zeigt das Vorhandensein eines "lichtempfangenden Pigments im Photosynthesesystem" an. Mit anderen Worten, wir haben eine Signatur der Vegetation erhalten. Das heißt, Sonden wie Galileo sollten alle diese Zeichen leicht auf anderen Objekten finden, wenn dies natürlich der Fall ist.
Aber hier waren es ungefähr Kilometer, und wir planen, Objekte zu erforschen, die für Lichtjahre entfernt sind. Ist es möglich, unter solchen Bedingungen den roten Rand zu bemerken? Wissenschaftler sind daran interessiert, diese Frage zu beantworten.
Pilar Montanes-Rodriguez vom Big Bear Solar Observatory
Wenn Sie nach Planeten mit Lebenszeichen suchen, ist es wichtig zu verstehen, wonach Sie suchen müssen. Pilar Montanes-Rodriguez konzentriert sich auf die Anwesenheit von atmosphärischen Gasen. Es ist notwendig, Kombinationen wie Sauerstoff und Methan, Sauerstoff und Wasser, Ozon und Kohlendioxid zu identifizieren. Dies zeigt jedoch nur das Vorhandensein mikrobieller Formen auf unserem Planeten, die Milliarden von Jahren vor dem Auftreten von mehrzelligen Organismen existierten. Etwas Komplexeres (Pflanzen) zu finden ist viel schwieriger. Dafür muss man sich auf den roten Rand verlassen. Aber ist es möglich, es zu enthüllen?
Im Mondlicht
Der Forscher, der die spektralen Signaturen der Planeten untersucht, hat keine große Auswahl an Objekten. Sagan, Palle und Montanes-Rodriguez konzentrierten sich auf den am besten untersuchten Planeten - die Erde. Es scheint, dass mit einer so reichen Geschichte die Aufgabe einfach sein sollte. Wenn Galileo dies aus großer Entfernung tat, können uns Orbital-Satelliten zumindest täglich Informationen liefern. Richtig? Nein, das werden sie nicht tun.
Unterm Strich unterscheidet sich die Untersuchung von Exoplaneten von der Untersuchung von nahen Objekten. Das Gerät, das in einer Entfernung von 1000 km fliegt, kann buchstäblich geografische Merkmale betrachten und an Orten mit Vegetation (wie den Wäldern des Amazonas) einen starken roten Rand anzeigen. Aber über den Ozeanen oder Wüsten zeigte sich der Rand nicht. Gleiches gilt für die in verschiedenen Regionen stationierten Umlaufsatelliten.
Wenn es um Exoplaneten geht, verkompliziert die Entfernung die Dinge. Wir können nicht nur verstehen, wo sich die Gebiete mit Ozeanen, Wüsten und Vegetation befinden, sondern auch herausfinden, ob sie überhaupt existieren. Wir haben nur ein gemeinsames Spektrum in der Hand, daher wird der rote Rand nicht auf Punkte konzentriert, sondern verdünnt. Oder manifestiert es sich gar nicht?
Die Erde scheint
Wenn Satelliten und Raumfahrzeuge das integrierte Erdspektrum nicht messen können, wie kann man es dann erhalten? Aus irdischem Licht. Sie wissen, dass der Mond sein Aussehen ändert. Der helle Teil wird von der Sonne beleuchtet und der dunkle Teil befindet sich im Schatten. Aber es verschwindet immer noch nicht vollständig, sondern strahlt einen schwachen Schein aus, der von der Erde reflektiert wird. Dies ist die irdische Ausstrahlung. Wenn die direkte Beobachtung das von bestimmten Bereichen reflektierte Licht verfolgt, zeigt der gesamte Globus das Lichtamalgam der halben Erdoberfläche. Da wir ein Spektrum zugrunde legen, ist das Leuchten der Erde eine ideale Darstellung dafür, wie unser Planet von einem entfernten Beobachter gesehen wird.
Die Jagd nach der roten Kante
Wissenschaftler hatten keinen Durchbruch oder schwindelerregende Ergebnisse erwartet. Sie verwendeten das 60-Zoll-Teleskop des Palomar-Observatoriums und ein hochpräzises Spektrometer, um das Spektrum der Erdstrahlung in der Nacht vom 19. November 2003 aufzuzeichnen. Zu diesem Zeitpunkt bemerkten sie keinen signifikanten Anstieg des Signals, was das Versagen der Wolkenschicht erklärte. Tatsache ist, dass die Wolken die Eigenschaften haben, die Signale der Grünflächen zu reflektieren und zu stören.
Regionen der Erde, die am 19. November 2003 zu unterschiedlichen Zeiten die Polarlichter reflektieren
Um die Vermutung zu bestätigen, haben Palle und Montanes-Rodriguez beschlossen, die Daten mit der tatsächlichen Wolkenbedeckung und der grünen Bedeckung zu vergleichen. Dies half bei der Erstellung eines Computermodells, das reflektiertes Licht aus verschiedenen Regionen kombiniert. Sie sagte das Spektrum der Erdoberfläche genau voraus.
Dies hat bewiesen, dass sie jede Nacht ein Spektrum zeigen können, wenn es Informationen über die Wolkendecke gibt. Mit einem so mächtigen Werkzeug könnten Wissenschaftler das Problem von der anderen Seite betrachten. Der rote Rand war kaum wahrnehmbar, dies bedeutet jedoch nicht, dass die Methode zur Suche nach Vegetation unbrauchbar war. Vielleicht gibt es Bedingungen, unter denen sich das Signal besser bemerkbar macht?
Das erste, was mir in den Sinn kommt, ist, in der Nacht zu verfolgen, wenn der Himmel klar ist. Aber hier werden wir auf einen Fehler stoßen. Wolken bedecken immer ungefähr 60% der Oberfläche. Das heißt, seine Wolken werden immer gleich sein. Was sollte der perfekte Tag zum Suchen sein?
Drei Tage strahlender Erde: Hier sehen Sie den prozentualen Anteil des Erdlichts für Gebiete auf dem Planeten, die an drei verschiedenen Tagen bewölkt und mit Vegetation bedeckt sind. Die blaue Linie (19. November 2003) - 40% der Oberfläche waren für die Erzeugung des Schwarz-Rot-Glanzes verantwortlich (19. Dezember 2002 und 7. Dezember 2003) - war nur in einem kleinen Intervall beteiligt. Drei Gipfel (von links nach rechts): Asien, Afrika und Südamerika. Um genau zu bestimmen, beschlossen die Wissenschaftler, das Erdspektrum im Laufe des Jahres 2003 jeden Tag zu modellieren. Es stellte sich heraus, dass der 19. Dezember 2002 und der 7. Dezember 2003 tagsüber eine starke Schwankung des roten Randes aufwiesen. Das Signal erschien und verschwand dreimal. Die Forscher verfolgten die Zeit und stellten fest, dass Pferderennen auftraten, wenn die Regionen, die am meisten zum Prozess beitrugen, vegetationsreiche Gebiete umfassten. Das Instrument schien verrückt zu werden und versuchte, das Vorhandensein von Lebensformen anzuzeigen.
Warum war dann das Signal in der ersten Nacht schwach? Hierbei muss berücksichtigt werden, dass sich die Größe des in den Prozess einbezogenen Bereichs dramatisch ändern kann. Wenn wir den Mond beobachten, sehen wir seine Veränderungen (Erleuchtung durch die Sonne). Wenn Sie die Erde von einem Satelliten aus verfolgen würden, hätten Sie den gleichen Effekt bemerkt. Natürlich tragen nur die hellen Bereiche zur Ausstrahlung bei. Sie können unglaublich schmal und schwach sein oder den halben Planeten bedecken, wenn er beleuchtet ist. Es stellte sich heraus, dass es Momente gab, in denen unser Planet vor Leben „schwärmte“ und es Tage völliger Stille gab.
Vergessen wir nicht, dass die Belichtung von Zonen mit Ozeanen, Land oder dichter Wolkendecke ausgehen kann, daher ist der Effekt nicht immer bemerkenswert und radikal unterschiedlich. Es stellt sich heraus, dass der rote Rand einfach von diesen Faktoren absorbiert wird.
Das Spektrum der Erdstrahlung und der rote Rand Die schwarze Linie repräsentiert das Spektrum am 19. November 2006. Grün - Computersimulation des Spektrums am selben Tag (es ist klar, dass sie konvergieren). Rot - Modell der spektralen Albedo am 7. Dezember 2003. Der rote Rand wird durch die Neigung der Linie angezeigt.
Die Forscher fanden einen Hinweis, nämlich eine dünne Lücke. Unser Planet dreht sich, wenn also ein großer Prozentsatz des Lichts über Amerika gesehen und zum Mond reflektiert wird, wird es über dem Festland und nicht über dem Ozean bemerkt. Das heißt, Vegetationsflächen mit einem roten Randsignal sollten leicht zu lokalisieren sein und sich nicht mit dem Licht der Wüste überlappen. Gleiches gilt für die Wolken. Wolkengebiete tragen immer noch eine gewisse Menge an Licht bei. Wenn die Komponente jedoch durch eine enge Lücke dargestellt wird, ändert sich alles. Diese Lücke wird gelegentlich mit Wolken bedeckt sein, fällt dann aber immer noch in ein Gebiet ohne „Störungen“ und nimmt Vegetation auf.
Das heißt, wir senden einen Abtaststrahl zur rotierenden Erde. Es wird alle grünen Stellen passieren und wir werden zu bestimmten Zeiten Signale vom roten Rand empfangen. Aber am Boden der Ozeane und Wüsten wird er schweigen. Dies zeigt sich an den Kontaktdaten mit Asien, Afrika und Südamerika.
Aber unser Planet ist nicht das beste Beispiel für Forschung. Schließlich sind wir meistens mit Wasser bedeckt, sodass Sie nur einen schmalen Streifen für die Suche verwenden und auf den Bereich warten können, der den Anforderungen entspricht.
Abschnitte der Erdstrahlung (19. November und 7. Dezember) Am 19. November (links) leuchtete der größte Teil der Erdscheibe bei Beobachtung und steuerte ihren Lichtanteil bei, aber am 7. Dezember (rechts) wurde nur die Lücke beleuchtet. Im ersten Fall sind nur 15% des Territoriums bewachsen, im zweiten Fall 48%.
Zu anderen Planeten
Wie hilft das bei der Suche auf anderen Planeten? Nun, von Anfang an scheint es, dass nichts. In unserem Fall gehen wir von den Eigenschaften der Erde, der Position des Mondes und der Sonne aus. Zukünftige Missionen müssen nach Reflexionen von einem bestimmten Planeten suchen, nicht nach einem hypothetischen Satelliten. Dies wird ein sehr komplizierter Prozess sein, zumal unsere Welt ein einzigartiger Fall ist, da es unmöglich ist, die Reflexion von Licht von einem Satelliten in anderen Objekten zu empfangen.
Aber Montanes-Rodriguez ist damit nicht einverstanden. Exoplaneten haben Phasen, die denen ähneln, die wir beim Betrachten des Mondes sehen. Wenn sich der Planet auf die entgegengesetzte Seite des Sterns bewegt, scheint er vollständig zu sein. Es dreht sich auch, so dass es den Punkt erreicht, an dem es sich näher bei uns befindet. Aber sie kann sich hinter einem Stern verstecken und nur den Lichtstreifen zerlegen. Mit der richtigen Wahl des Tages können Sie den Planeten scannen und den roten Rand finden.
Mond und Exoplaneten: Wir sehen, dass der Mond je nach Phase seine Form ändert. Dies kann auf andere Planeten angewendet werden. Es ist notwendig, nach dem roten Rand zu suchen, wenn er "neu" ist und wir nur einen schmalen Streifen sehen.
Wie immer bieten uns Wissenschaftler gute und schlechte Nachrichten. Beginnen wir mit dem Negativen. Um den roten Rand in einem entfernten Planeten zu finden, müssen Sie ihn entlang einer Linie in der Nähe der Ebene seiner Umlaufbahn betrachten. Wenn es abgelehnt wird, werden wir einfach die "Phase" nicht sehen. Aber selbst unter idealen Bedingungen bemerken wir den Rand der Schwäche des Planeten. Dies passiert, wenn es sich in der Nähe des Sterns befindet. Dies bereitet jedoch Schwierigkeiten, da das Licht des Sterns selbst isoliert werden muss. Daher benötigen Sie Geräte, die zehnmal empfindlicher als moderne sind.
Aber es gibt gute Neuigkeiten. Roter Rand kann gefunden werden, wenn wir den genauen Standort kennen. Jetzt haben wir keine Werkzeuge, aber in Zukunft wird diese Methode nützlich sein. Und dann werden wir erkennen, dass es nicht nur im Universum und anderswo Vegetation, Wasser und möglicherweise rationale Lebensformen gibt.
