Хмара дрібних частинок навколо іншої зорі ускладнює пошук ознак життя на планетах цієї системи. Розсіяне випромінювання потрапляє в дані разом із відбитим світлом планети. Сліди газів у спектрі через це здаються слабшими за справжні. Нове моделювання показало, наскільки серйозною є ця перешкода для майбутніх спостережень.
Знайоме сяйво над обрієм
Слабке світіння інколи видно на земному небі перед світанком, коли темрява ще не відступила. Воно підіймається зі сходу вузьким конусом і зникає з приходом ранку. Джерелом є дрібні частинки у внутрішній частині Сонячної системи, розсіяні в одній площині з орбітами найближчих до Сонця планет.
Оскільки з Землі це світіння видно на тлі зодіакальних сузір’їв, явище назвали зодіакальним світлом. Схожі пилові диски мають існувати біля більшості зір із кам’янистими світами. Присутність порошинок у теплій зоні є ознакою того, що там сформувалися тверді тіла.
Перешкода для спектрів
Розгледіти ознаки життя астрономи розраховують за випромінюванням материнської зорі, яке відбиває планета, і зробити це мають майбутні телескопи. Молекули в атмосфері затримують певні довжини хвиль, тож у спектрі з’являються характерні смуги поглинання. За їхньою глибиною визначають, які саме гази присутні та скільки їх.
Команда з Центру космічних польотів імені Годдарда (NASA Goddard Space Flight Center) змоделювала, які дані вдасться отримати за допомогою майбутньої обсерваторії Habitable Worlds Observatory, якщо частину пилу не пощастить прибрати з зображення. Робота розміщена на сервері препринтів arXiv, а коротко про них розповіли на Universe Today.
Розсіяне на частинках світло підіймає рівень фону, тому спектральні лінії стають менш вираженими, подекуди вдвічі. Ефект посилюється з довжиною хвилі, тож найвразливішими виявляються молекули зі слідом в інфрачервоному діапазоні.
Скільки пилу біля інших світів
Оцінити типовий рівень запиленості вдалося завдяки огляду «Пошук спостережуваних ознак систем земного типу» (HOSTS) на інтерферометрі Великого бінокулярного телескопа. Для 30 світил поблизу Сонця виміряли теплове випромінювання частинок у поясі, де можлива рідка вода. Медіана виявилася втричі вищою за показник Сонячної системи, а верхня межа з ймовірністю 95% сягає 27 одиниць.
Це означає, що перелік цілей для нової обсерваторії доведеться складати не за відстанню до зорі, а за чистотою простору навколо неї. Найближча система вже не є автоматично найзручнішою. Попередні виміри пилового фону перетворюються на фільтр, від якого залежить, які саме світи взагалі потраплять у програму спостережень.
Викривлені висновки
Пилове сяйво, яке не вдалося прибрати з даних, спотворює не тільки силу сигналу, а й уявлення про саму планету. У розрахунках, де сяйво частинок зрівнялося з яскравістю планети, алгоритм видав радіус приблизно на половину більший за справжній. За слабшого забруднення картина мінялася на протилежну. Планета мала вигляд трохи меншою за справжній розмір, а хмарність завищувалася приблизно в півтора раза.
Має значення і колір частинок. Пил із синім спектральним нахилом слабко розсіює випромінювання на довгих хвилях, тоді як червоний нахил дає найбільший внесок у фон. Речовина Сонячної системи за оптичними властивостями ближча до другого варіанта.
Схожа проблема вже виникала під час спостережень уламкових дисків, де розсіяне світло теж доводилося відділяти від сигналу тіл усередині системи. Різниця в тому, що для екзопланетних атмосфер точність очищення має бути на порядки вищою.
Як послабити ефект
Повністю відняти пилове сяйво від даних поки що не вміють. Наявні методи справляються з системами, повернутими до нас майже площиною диска, але приблизно половина цілей буде нахилена сильніше, і там завдання ускладнюється.
Частину проблеми знімає сама конструкція приладів. Якщо розкласти світло на значно тонші ділянки спектра, лінії поглинання проступають чіткіше, і тоді вимоги до чистоти даних падають приблизно в тридцять разів.
