Астрономы изучили состав атмосферы Земли по ее "отражению" на поверхности Луны

Планетологи из Германии впервые детально изучили химический состав атмосферы Земли, сфотографировав ее отражение на поверхности Луны во время лунного затмения. Свою методику и перспективы ее применения астрономы описали в статье, которую принял к публикации научный журнал Astronomy & Astrophysics. Ее текст опубликован в электронной библиотеке научных публикаций arXiv.org

"Наблюдения за отражением Земли на поверхности Луны дали нам уникальную возможность измерить состав и свойства всей атмосферы планеты в целом. Лучше всего подобные замеры проводить в ходе лунных затмений, так как в это время них Луну освещает только свет, который полностью проходит через воздушные оболочки Земли, а не отражается от облаков или объектов на ее поверхности", – пишут планетологи.

За последние годы ученые обнаружили несколько экзопланет, которые претендуют на звание "двойника" Земли. Все они невелики, очень плотны и находятся в так называемой "зоне обитаемости" – области вокруг звезды, на поверхности планет в которой вода может находиться в жидком виде. Часть из них, в том числе Проксима Центавра b или три планеты у звезды TRAPPIST-1, находятся по космическим меркам очень недалеко от Солнечной системы.

Несмотря на это, химический состав их атмосферы остается загадкой для ученых. Современные телескопы не могут получить детальные снимки даже самых близких к нам экзопланет. Поэтому астрономам приходится оценивать количество воды и прочих важнейших "кирпичиков жизни" на других планетах косвенным путем, наблюдая за тем, как свет звезд "прошивает" их атмосферу.

Пока такие замеры были получены только для относительно больших и близких к звездам планет, большая часть которых относится к категории так называемых "горячих юпитеров". Пока таким образом ученые изучили только одну относительно небольшую "суперземлю", планету 55 Cnc b в созвездии Рака. Ее атмосфера оказалась непригодной для поддержания жизни, так как она состоит из водорода, гелия и ядовитой синильной кислоты.

Земля в зеркале Луны

Группа астрономов под руководством Клауса Штрассмайера, профессора Потсдамского астрофизического института (Германия), провела подобные замеры для Земли с помощью довольного необычного инструмента – поверхность 85-километрового кратера Тихо в южном полушарии видимой стороны Луны.

Ученые воспользовались тем, что Луну во время полных лунных затмений освещает тусклое "землесвечение". Так астрономы называют свет и другие формы излучения Солнца, которые проходят через атмосферу Земли и отражаются от поверхности Луны. Часть этого свечения возвращается на нашу планету, где его могут уловить самые чувствительные телескопы.

В прошлом, как отмечают Штрасмайер и его коллеги, астрономы уже неоднократно пытались использовать "землесвечение" для того, чтобы зафиксировать характерные следы существования жизни на Земле в спектре ее атмосферы. Успехом подобные замеры завершились лишь отчасти: планетологи не смогли получить максимально детальные данные, так как они проводились не во время затмений, а просто тогда, когда на Луну "смотрели" океаны или лесные массивы.

Немецкие планетологи исправили этот недочет в начале января прошлого года, наблюдая за кратером Тихо при помощи 12-метрового телескопа LBT, который установлен на вершине горы Маунт-Грэхэм на юго-западе США. Благодаря сверхвысокой чувствительности он смог напрямую уловить следы "землесвечения", отраженного от поверхности Луны в тот момент, когда ее поверхность накрыла тень Земли.

Эти замеры помогли ученым обнаружить не только кислород и воду в спектре атмосферы Земли, как это удавалось сделать в ходе прошлых наблюдений за "землесвечением", но и найти следы ионов натрия, калия, кальция и ряда других относительно редких элементов, часть из которых, такие как барий, астрономы не ожидали увидеть в верхних слоях атмосферы.

Как надеются исследователи, полученные ими данные помогут астрономам изучать спектры атмосфер и искать следы жизни на поверхности "двойников" Земли после того, как будут построены или запущены в космос телескопы, которые смогут получать подобные данные. Как ожидают исследователи, впервые  это сможет сделать орбитальная обсерватории TESS. Запустить ее ученые планируют в следующем году.