Марс редко рассматривают как образец для поиска жизни, но именно он может стать ключом к пониманию атмосфер далеких каменистых экзопланет. Новое исследование, основанное на данных аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter, показало, как выглядит атмосфера Марса в транзитных спектрах — и почему пыль и лед могут полностью изменить картину наблюдений.
Как «увидеть» атмосферу планеты на фоне звезды
Транзитная спектроскопия — один из главных инструментов современной астрономии. Когда планета проходит на фоне своей звезды, часть света проходит через ее атмосферу. По тому, какие длины волн поглощаются, ученые определяют состав и структуру атмосферы.
В этом исследовании ученые применили такой же подход к Марсу, используя данные солнечных затмений, зафиксированных спектрометром NOMAD на борту ExoMars TGO. Это позволило реконструировать так называемые эмпирические транзитные спектры Марса — максимально близкие к реальным наблюдениям экзопланет.
Нижняя атмосфера Марса оказалась непрозрачной
Результаты показали, что атмосфера Марса ниже высоты около 25 км практически непрозрачна. Причина — взвешенная пыль и облака из водяного льда. Именно они «перекрывают» обзор и не дают свету звезды пройти сквозь нижние слои атмосферы.
Из-за этого в транзитных спектрах видна не вся атмосфера, а только ее верхняя часть. Эффективная толщина атмосферы в спектрах меняется от 25 до 65 км и сильно зависит от сезона.
Углекислый газ, лед и влияние сезонов
В инфракрасной области спектра ученые обнаружили два ключевых сигнала. Первый — поглощение углекислого газа в диапазоне 2,7–2,8 микрометра. Второй — необычный пик около 3,1 микрометра, связанный с облаками водяного льда.
Интересно, что эти признаки меняются в течение марсианского года. Во время «пыльного» южного лета спектральные линии CO₂ ослабевают, а сигнал ледяных облаков, наоборот, усиливается. Это связано с тем, что пыль увеличивает общую непрозрачность атмосферы и маскирует газовые линии.
Неожиданный след ледяных облаков
Особый интерес вызвал сигнал водяного льда. Несмотря на крайне малое содержание воды в атмосфере Марса, мелкие — субмикронные — частицы льда в верхних слоях создают заметный спектральный след. Такие облака формируются в мезосфере и ранее почти не учитывались при моделировании транзитных спектров.
Этот эффект может оказаться важным для поиска атмосфер у экзопланет: ледяные облака способны выдать присутствие воды даже там, где водяной пар напрямую не обнаруживается.
Что это значит для экзопланет
Авторы работы смоделировали ситуацию, в которой планета с атмосферой, похожей на марсианскую, обращается вокруг красного карлика TRAPPIST-1. Расчеты показали, что и углекислый газ, и ледяные облака теоретически можно обнаружить, но только при крайне высокой точности измерений — на уровне нескольких миллионных долей яркости звезды.
Такие значения пока находятся за пределами возможностей телескопа James Webb, но могут стать достижимыми для будущих обсерваторий.
Марс как предупреждение астрономам
Главный вывод исследования прост: пыль и облака способны кардинально изменить транзитный спектр планеты. Даже если атмосфера богата газами, аэрозоли могут скрыть их присутствие. Марс в этом смысле служит наглядным примером того, как «сухие и пыльные» миры могут выглядеть в данных экзопланетных наблюдений.
Именно поэтому изучение планет Солнечной системы остается важным шагом на пути к пониманию далеких миров, которые мы пока можем видеть лишь в виде слабых теней на фоне чужих звезд.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
