Астрономы выяснили, как выглядят в телескоп зелёные планеты

Учёные выяснили, как выглядела бы Земля в разные геологические эпохи при взгляде на неё из космических далей. Говоря точнее, их интересовало, какой спектральный след оставляет та или иная растительность, от первых примитивных мхов до густых лиственных лесов. Эту информацию астрономы надеются использовать для поиска обитаемых миров. 

Подробности исследования изложены в научной статье, опубликованной в журнале Astrobiology Джеком О'Мэллей-Джеймсом (Jack O'Malley-James) и Лизой Кальтенеггер (Lisa Kaltenegger) из Корнеллского университета.

Ещё в 1990 году космический аппарат Galileo, посланный к Юпитеру, сделал снимки Земли с относительно большого расстояния. Учёные желали понять, как родной дом человечества выглядит для удалённого наблюдателя. Они обнаружили своеобразный спектральный "отпечаток" в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазоне, вызванный растительностью.

"Сигнал, обнаруженный Galileo для Земли, был похож на тот, который может наблюдаться от экзопланеты в другой звёздной системе, но, конечно же, Galileo был намного ближе к нам", – объясняет О'Мэллей-Джеймс.

Астрономические инструменты быстро эволюционируют, и телескопы, готовящиеся к запуску в ближайшие годы, будут прицельно рассматривать самые интересные миры. В связи с этим интересно, что они должны увидеть, чтобы астрономы сказали: "Ага, здесь же есть растительность!". Ведь, разумеется, инструмент не сможет напрямую разглядеть, покрыта ли планета лесами.

Чтобы выяснить это, авторы смоделировали спектры планеты с земной атмосферой и различным растительным покровом. Воздушная оболочка была разделена на 60 тонких слоёв высотой от нуля до ста километров над поверхностью. Каждому из них были приписаны собственные параметры поглощения и отражения электромагнитных волн. Спектр рассчитывался для очень высокого разрешения: предполагалось, что приёмник способен различать детали шириной 0,1 волнового числа.

Авторы варьировали площадь океана, суши и растительного покрова в соответствии с геологической эпохой. Например, 475 миллионов лет назад лишь 10% суши было покрыто зеленью, а сейчас – 60%. Менялся и состав растительности. В моделировании считалось, что в древние эпохи, вплоть до 300 миллионов лет назад, преобладающим типом растений были мхи. Период в 300–65 миллионов лет назад пришёлся на господство папоротников. После этого их сменили голосеменные и цветковые растения.

Авторы ожидаемо заключили, что для слабо "озеленённой" ранней Земли сигнал о наличии растительности незначителен. Самой впечатляющей в этом отношении оказалась нынешняя эпоха. При её моделировании 70% поверхности планеты считалось океаном, 2% побережьем и 28% собственно сушей. В свою очередь, суша была на 60% покрыта растительностью, на 9% гранитом, на 9% базальтом, на 15% снегами и на 7% песками.

Однако авторы не просто пришли к выводу, что, когда растительности много, её хорошо видно, а когда мало, то плохо. Они рассчитали конкретные особенности спектра для нашей планеты разных эпох, которые могут служить ориентиром для астрономов.

Конечно, мы не можем заранее знать, как устроена биосфера других планет. Не исключено, что она будет иметь очень мало общего с земной. Но попытка проверить все возможности напоминала бы анекдотический способ найти льва в пустыне: надо просеять пустыню сквозь сито, и в сите останется лев. Поиски льва эффективнее начинать с того места, где его в последний раз видели, а поиски жизни – с миров, похожих на Землю. Впрочем, астрономы не сбрасывают со счетов и куда более экзотические уголки Вселенной.