Міжнародна група астрономів представила вдосконалені методи аналізу екзопланет земного типу, які допоможуть точніше визначати їхній склад атмосфер. Дослідження готує ґрунт для майбутніх місій, таких як телескоп Extremely Large Telescope (ELT) та проєкт Habitable Worlds Observatory (HWO), призначених для прямого спостереження за об’єктами, що потенційно живуть.
Робота заснована на тривимірних моделях перенесення випромінювання, що враховують реалістичний розподіл хмар та поверхневих структур планет у зірок класів G (сонячного типу) та M (червоних карликів). Вчені порівняли спрощені моделі, де хмари та поверхня представлені однорідними шарами, з комплексними алгоритмами, які використовують дані супутникових спостережень Землі. Виявилося, що спрощені підходи завищують контраст відбитого світла вдвічі та спотворюють тонкі спектральні лінії, характерні для води та кисню.
Ключовим інструментом стала модель 3D Cloud Generator (3D CG), яка відтворює неоднорідні структури хмар на основі даних ERA5 — глобального архіву метеорологічних спостережень за атмосферою Землі. Її застосували до різних типів поверхні: океанів, лісів, пустель і полярних шапок. Дослідження вперше кількісно показало, що поляризація світла (напрямок коливань світлових хвиль) на 80% сильніше залежить від деталей поверхні та хмар, ніж його яскравість. Наприклад, хмари знижують контраст у поляризованому світлі до 20% від значень у відбитому випромінюванні – це критично для калібрування приладів телескопів.
Розрахунки перевірили на шести відомих екзопланетах, включаючи Proxima b і Ross 128 b, а також на змодельованій планеті в зоні зірки Альфа Центавра А, що живе, як можливої мети для спостережень. Нові оцінки контрасту виявилися в середньому вдвічі нижчими за попередні, що потребує коригування підходів до аналізу даних.
«Висока спектральна роздільна здатність (R=100 000) дозволяє розрізняти тонкі лінії поглинання – “відбитки” речовин в атмосфері. Але якщо модель не враховує реального розподілу хмар, то ці лінії можуть змаститися», — пояснюють автори. Наприклад, спрощені моделі спотворюють глибину ліній води, що призводить до помилок в оцінках її концентрації.
Дослідження вже використовується при розробці інструментів ANDES та PCS для ELT, які розпочнуть роботу у 2030-х роках. Уточнені моделі допоможуть уникнути помилкових висновків про наявність життя, наприклад при виявленні кисню або води. Наступним кроком є адаптація методів для аналізу даних телескопа «Хаббл» та підготовки до запуску місії HWO. Джерело