Множество твердых, похожих на Землю планет уже было обнаружено. В основном это заслуга ныне частично вышедшего из строя орбитального телескопа Кеплер, который ищет планеты методом прохода. В прошлом году можно было наглядно оценить работу этого метода, когда произошло затмение Солнца Венерой. При этом лишь незначительная часть солнечного диска оказалась закрытой далекой планетой, но все же это можно было наблюдать без специальных телескопов. Так же работает метод прохода, за тем лишь исключением, что излучение звезды часто недоступно невооруженному глазу, а изменение этого излучения при проходе планеты – большинству самых современных телескопов.

Изучение поверхности планеты пока представляется слишком сложной задачей. Поэтому нужно сосредоточиться на атмосфере, тем более что для развития такой же, как на Земле, жизни, атмосфера не менее необходима, чем океан. Способность полностью подводных существ создать технологически развитую цивилизацию и выйти в космос представляется маловероятной, хотя не стоит забывать – у нас есть всего один пример жизни во Вселенной, и ее возможное разнообразие нам недоступно. Основной способ изучения атмосферы планеты является побочным продуктом метода прохода. Часть излучения звезды проходит через атмосферу планеты и искажается, так как каждый газ лучше поглощает газ на некоторых длинах волн (пики в спектральном сигнале).

Наконец, предложен реализуемый способ изучения поверхности планет, основанный на наблюдениях в тепловом, инфракрасном диапазоне излучения. Подход разработан в Массачусетском технологическом институте под руководством Рену Ху. К сожалению, этот метод не даст нам найти обитаемую планету. Как и множество первых попыток в изучении какого-то явления, этот исходит из серьезных ограничений. Главное – изучаемая планета должна быть лишена атмосферы. Все же, некоторые интересные компаративные исследования могут быть проведены с помощью этого метода. В Солнечной системе есть Марс и Меркурий – твердые планеты, лишенные атмосферы. Если удастся сравнить таких представителей планетарных систем, то можно будет сделать какие-то выводы о далеких землях на основе знания о нашей планете. Далее, планета по-прежнему должна проходить перед своей звездой, ведь собственное излучение планеты практически недоступно для прямого наблюдения, если только это не горячий Юпитер – газовый гигант около звезды. Наконец, наблюдения должны проводиться в инфракрасном спектре и будут выявлять только наиболее ярко выраженные минералы на поверхности – те, которых имеется в избытке и которые имеют спектральный сигнал с ярко выраженными пиками. Температура планеты не должна превышать 1727 градусов Цельсия.

Некоторые планеты, обнаруженные Кеплером (Kepler-22b, Kepler-20f и Kepler-11b) вполне могут иметь каменную поверхность (на основе кремния) и не иметь атмосферы, делая их первыми кандидатами на проверку метода. «Мы предлагаем определить, имеет ли планета каменную поверхность, основываясь на достижениях астрономии, которой доступно уникальное тепловое излучение кремниевых (обычных – КЖ) камней, – говорит Ху. – С помощью спектрального анализа мы можем увидеть камни, точнее – реголит. С помощью наблюдения отраженного излучения звезды можно будет различить несколько типов каменной поверхности. Это могут быть покрытые следами вулканической активности планеты, глиняные поверхности (характерные для водных условий) и водяной лед. Химический состав планеты – первый шаг при оценке обитаемости планеты и наличию полезных ископаемых на ней».

В Солнечной системе использование инфракрасных измерений уже помогло определить особенности химического состава небесных тел. Так, на Луне базальтовая поверхность некоторых областей, обычно морей, указывает на вулканическое происхождение. Высокогорья Луны, напротив, ярки и они образовались из океана магмы. На Марсе поверхность богата железом, что вместе с общим цветом его поверхности (хотя и на незначительной глубине) позволило определить основной минерал верхнего слоя. Изучение Меркурия указывает на множество аналогий с Луной. Эта теория, правда, больше касается общего вида поверхности. Чем больше данных аппарата Messenger обрабатывается, тем больше химический состав поверхности Меркурия оказывается отличным от лунного. 

Точно также поверхности далеких планет должны обладать ясными основными свойствами поверхности. Толстая атмосфера помешает для их выделения. Дело не только в том, что она поглощает часть излучения поверхности. Основная проблема заключается в искажении спектрального сигнала при его проходе через атмосферу. Если она толстая, ее химический состав должен быть хорошо известен (впрочем, изучение атмосфер пока идет впереди, так что это условие может оказаться выполненным). Тем не менее, остаются проблемы по различению спектров минералов поверхности и газов атмосферы. Нужны методы, которые позволяют делать предположения и быстро из проверять – составлять общий спектральный сигнал. В любом случае потребуются спектральные наблюдения в более широком диапазоне, нежели инфракрасный, чтобы в нем умещались основные спектральные особенности типичных атмосферных газов. Если же атмосфера тонкая, то ее химический состав нужно знать в общих чертах или не знать вообще – главные пики спектральных функций никуда не денутся.

В любом случае пока что все такие методы останутся на бумаге. Возможно, орбитальный телескоп Джеймса Уэбба сможет различить поверхности твердых экзопланет, но быть уверенным в этом нельзя.