Земля в зеркале Луны: астрономы изучили состав атмосферы нашей планеты

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.

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.