Что могут рассказать нам подобные Венере экзопланеты, также известные как экзовенусы, о нашей солнечной системе и потенциальном поиске жизни за пределами Земли, и как планируемая обсерватория обитаемых миров (HWO) может предоставить эти знания?
Именно на это направлено недавнее исследование, представленное на 56-й конференции по лунным и планетарным наукам (LPSC 2025), в ходе которого группа ученых обсуждала трудности изучения экзовенусов и то, как HWO может помочь решить эти проблемы, непосредственно визуализируя их.
Это исследование потенциально может помочь астрономам разработать передовые методы для лучшего выявления и понимания потенциально пригодных для жизни экзопланет по всему космосу.
Здесь Universe Today обсуждает это невероятное исследование с доктором Стивеном Кейном, профессором планетарной астрофизики на факультете наук о Земле Калифорнийского университета в Риверсайде, о мотивации исследования, важных выводах, важности изучения экзовенусов и о том, как HWO поможет нам лучше понять экзовенусы., и на какие экзовенусы, по мнению доктора Кейна, следует ориентироваться HWO. Итак, какова была мотивация этого исследования?
"Мы вступаем в захватывающую эру, когда сможем спектроскопически охарактеризовать атмосферы планет земной группы", - говорит доктор Кейн в интервью Universe Today. "Однако главной проблемой при такой характеристике является попытка отличить аналог Венеры от аналога Земли. Спектры пропускания, особенно на длинах волн JWST, могут выглядеть очень похожими для Венеры и Земли, поскольку обе они демонстрируют сильное поглощение углекислого газа в этом режиме.
"Это критически важный вопрос, который необходимо решить, поскольку Венера и Земля находятся на противоположных концах спектра пригодности для жизни, и различие между ними окажет глубокое влияние на поиск жизни во Вселенной. Таким образом, основная мотивация заключается в следующем: как мы можем более эффективно идентифицировать планеты, которые, подобно Венере, находятся в парниковом состоянии после выхода из строя?"
Для проведения исследования исследователи оценили текущее изучение экзовенузумов и то, что делает их такими трудными для наблюдения и изучения непрямыми методами, как упоминалось выше. Команда подчеркнула важность выявления земных (скалистых) экзопланет с использованием методов наблюдений при сравнении их с нашей Солнечной системой, поскольку "мы практически никогда не сможем получить данные о состоянии поверхности экзопланет на месте" из-за огромных расстояний, необходимых для того, чтобы добраться туда и вернуться на Землю с образцами.
Для сравнения, ближайшей звездой к нашей Солнечной системе является Альфа Центавра, которая находится на расстоянии 4,37 световых лет от Земли. Это означает, что космическому аппарату, летящему со скоростью света, потребуется 4,37 года, чтобы долететь туда, а затем еще 4,37 года, чтобы вернуться на Землю. Однако, по оценкам, космическим аппаратам "Вояджер-1" и "Вояджер-2" потребуется более 80 000 лет, чтобы достичь Альфы Центавра (хотя ни один из них не направляется в ее направлении).
Кроме того, исследователи обсудили важность планируемой обсерватории обитаемых миров (HWO) и ее способность напрямую получать изображения экзопланет земного типа, что может открыть новую эру в открытии экзопланет и их характеристиках. Итак, каковы наиболее важные выводы из исследования?
"Планеты земной группы чрезвычайно распространены, и изучение их атмосфер покажет нам, насколько на самом деле распространены планеты, подобные Венере", - говорит доктор Кейн в интервью Universe Today. "Прямое получение изображений (с помощью обсерватории обитаемых миров (HWO) и Большого интерферометра для экзопланет (LIFE)) позволит получить спектры отражения и излучения, которые расширят спектральный охват до ультрафиолетового диапазона, охватывая такие важные характеристики, как поглощение SO2 [диоксида серы] и O3 [озона]. В среднесрочной перспективе предстоящие миссии на Венере (DAVINCI (атмосферный зонд), VERITAS (поверхность и недра) и EnVision (геология поверхности) предоставят важнейшие геолого-атмосферно-химические модели, которые необходимы для понимания нашей родственной планеты и правильной интерпретации данных об экзопланетах".
Как уже отмечалось, экзовенусы - это экзопланеты, подобные Венере, что означает, что они потенциально обладают атмосферными и поверхностными характеристиками, подобными Венере, которая является одной из самых уникальных и загадочных планет в нашей Солнечной системе. Это объясняется тем, что, несмотря на то, что она находится на орбите так близко к Земле и немного ближе к Солнцу, температура на ее поверхности выше, чем на планете Меркурий, из-за ее безудержного парникового эффекта.
Например, в то время как температура поверхности Меркурия колеблется от 430°C (800°F) на дневной стороне до -180°C (-290°F) на ночной, средняя температура поверхности Венеры по всей ее поверхности составляет 464°C (867°F). Кроме того, поверхностное давление на Венере примерно в 92 раза превышает земное, что эквивалентно давлению, испытываемому на глубине примерно 3000 футов под водой. Итак, почему при таких адских условиях так важно изучать экзовенусы?
"За последние несколько лет наше восприятие Венеры кардинально изменилось", - говорит доктор Кейн в интервью Universe Today. "Представления о изобилии жизни на поверхности Венеры сохранялись вплоть до середины 60-х годов, когда американские программы "Маринер" и советская "Венера" подтвердили, что поверхность Венеры представляет собой адский ландшафт с высокими температурами и давлением, которые не могут поддерживать жизнь.
"В этот момент разговоры о связи Венеры с пригодностью планеты для жизни более или менее прекратились, и внимание переключилось на Марс. Однако теперь мы понимаем, что Венера имеет непосредственное отношение к пригодности планеты для жизни. Земля и Венера, вероятно, имели очень похожие стартовые условия, и недавняя работа показала, что Венера, возможно, была пригодна для жизни с океанами жидкой воды на поверхности еще миллиард лет назад".
Как отметили авторы исследования и доктор Кейн, целью планируемого HWO будет наблюдение за экзопланетами с использованием метода прямой визуализации. Именно в этот момент астрономы используют специализированные приборы, чтобы заслонить огромный свет от родительской звезды, открывая вращающиеся по орбите экзопланеты, которые в противном случае были бы заблокированы ярким светом. Это часто достигается с помощью коронографов, адаптивной оптики и инфракрасных лучей, которые блокируют свет родительской звезды, компенсируют атмосферные искажения и уменьшают яркость, соответственно.
Несмотря на то, что HWO был рекомендован в Десятилетнем обзоре Национальных академий по астрономии и астрофизике за 2020 год, в настоящее время его запуск запланирован не ранее 2040-х годов. После запуска его основной целью будет непосредственное получение изображений по меньшей мере 25 потенциально обитаемых экзопланет, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд. В то время как космический телескоп "Хаббл" использовался для получения прямых изображений Фомальгаута b, в настоящее время не существует космических телескопов, основной целью которых является получение прямых изображений экзопланет. Таким образом, как прямые изображения экзопланет помогут ученым лучше понять их?
Доктор Кейн рассказывает Universe Today: "Прямое получение изображений в оптическом и ультрафиолетовом полосах пропускания будет иметь важное значение для устранения вырождений модели, помогая точно идентифицировать планеты, которые находятся в состоянии парникового эффекта после выхода из строя. Кроме того, прямое изображение может предоставить информацию о скорости вращения планеты, что является эффектом первого порядка при оценке пригодности планеты для жизни."
Из почти 5900 подтвержденных экзопланет было идентифицировано более 300 кандидатов на существование в зоне Венеры (VZ), которая представляет собой орбитальную область вокруг звезды, где экзопланеты будут испытывать безудержный парниковый эффект.
Одним из самых последних открытых экзовенусов является Gliese 12 b, который был обнаружен в 2024 году, радиус планеты и масса Земли составляют 0,958 и 3,87 соответственно. Она расположена примерно в 40 световых годах от Земли и вращается в пределах внутренней границы обитаемой зоны своей звезды с периодом обращения 12,8 суток вокруг звезды М-типа, которая меньше и холоднее нашего Солнца.
"Gliese 12 b - это, безусловно, интересный случай", - говорит доктор Кейн в интервью Universe Today. "На самом деле это может быть "супер-Венера", монета, которую я назвал в своей статье 2013 года о Kepler-69c. Меня особенно интересуют TOI-1266 c, LHS 1140 c и L 98-59 d и перспективы определения характеристик их атмосфер. Меня также интересуют планеты TRAPPIST-1, поскольку они смогли сохранить свою атмосферу".
