Два испанских астронома решили изучить, насколько ярко светилась Земля во времена динозавров. Это исследование не только помогает понять, как выглядела бы Земля с точки зрения удаленного наблюдателя, направившего сегодня на нее свой телескоп, но и указывает на схемы поиска особенностей поверхности других планет. Дело в том, чтобы вместо обычного в таком случае следования моделям климата, ученые проанализировали связь между облачным покровом и структурой поверхности планеты, определяющей способы формирования облаков в различных регионах.

«Когда вы смотрите на планету, у нее есть определенное распределение континентов и облаков, – говорит Анри Палле, сотрудник Астрофизического института Канарских островов. – Но оно не всегда было таким».

Имея в руках связь между структурой континентов и облачным покровом, астрономы рассмотрели вариации в яркости Земли, связанные с движением континентов 90, 230, 340, 500 миллионов лет назад, когда Земля выглядела совсем по-другому. Исследование количества света Солнца, отражаемого Землей (альбедо) может помочь астрономам по аналогии узнать, что кроется под облаками экзопланет.

Жизнь прячется

Палле и Эшер Санрома, ведущий автор публикации и также сотрудник Астрофизического института, исследовали данные о глобальном распределении облаков над различными типами земной поверхности, собранные в течение 23 лет в ходе проекта по спутниковому мониторингу облачного покрова (International Satellite Cloud Climatology Project). Используя модели палеогеолога Рона Блекли, двое физиков создали карты ландшафтов Земли для четырех рассмотренных ими периодов земной истории. Они с радостью рассмотрели бы и более ранние периоды времени, но атмосфера Земле имела похожие температуру и химический состав только в течение последнего полумиллиарда лет.

Оказалось, что в течение земной истории дневные вариации облачного покрова были минимальны. Их практически невозможно разглядеть в большого расстояния – нечего говорить, нашим современным телескопам это совершенно недоступно. Однако, 500 миллионов лет назад наблюдались значительные изменения яркости, связанные с суточным вращением Земли, превышающие вариации яркости в другие периоды в 4 раза. Для этого авторы предлагают два объяснения. В первую очередь, континентальные массы были ближе друг к другу, оставляя более крупные цельные массивы океанов, что приводило к принципиально другим механизмам распределения облачного покрова. Во-вторых, вся суша тогда была пустыней. «Пять сотен миллионов лет назад – это время, когда жизнь эволюционировала, выбираясь из воды на сушу», – говорит Палле.

По мере того, как на поверхности планеты начали появляться растения, схемы распределения облачного покрова изменялись. Пустыни имели над собой очень мало облаков, так как сами они были неспособны их создавать, будучи чрезвычайно сухими. Поэтому появление жизни сделало Землю более сложной для изучения из космоса – по мере развития жизни она все сильнее скрывалась облаками.

«Мы спрятали себя сами, и сделали изучение свойств планеты сложнее для стороннего наблюдателя», – говорит Палле. Однако, этот отрицательный результат тоже можно использовать. Малые колебания яркости экзопланеты могут указывать на богатую растительность этой планеты. Правда, для этого нужно очень много знать о планете, чтобы исключить другие факторы – например, однородную поверхность без атмосферы.

Земля и облака

Структура распределения облаков и ее закономерности заметны только на больших площадях. «Есть некоторые места на Земле, которые постоянно облачны, например, над лесами бассейна Амазонки, и области, почти всегда свободные от облачного покрова – например, над Сахарой», – говорит планетолог Сара Сигер, сотрудница Массачусетского технологического института и специалист по атмосферам экзопланет.

Поэтому вместо климатических моделей Палле и Санрома решили использовать преимущества этих закономерностей, постулируя, что в прошлом они были такими же – проще говоря, облака висели больше над океанами, чем над пустынями. «Крупные структуры облаков связаны с распределением континентов и циркуляцией в океанах», – резюмирует Палле. Он также отмечает, что были рассмотрены 30 моделей глобального климата, предсказывающих распределение облаков на сто лет в будущее. Все они дают разные результаты, кроме возрастания температуры из-за парникового эффекта, и никто не может сказать, какой из этих сценариев верен. Поэтому лучше использовать не такие детальные, но более надежные модели.

Поиск планет

Сейчас телескопы не позволяют исследовать экзопланеты с достаточной степенью точности. Скорее всего, для этого потребуются орбитальные телескопы, но сейчас в разработке нет таких машин. Один из проектов NASA, направленный на создание как раз такого телескопа, был закрыт в 2011 году. А пока приходится полагаться на то, что есть. Изучая экзопланеты, астрономы сейчас могут оперировать только одной характеристикой – ее яркостью, из которой можно выудить сведения о составе планеты. Твердые планеты без атмосферы, ледяные планеты и планеты с постоянным облачным покровом имеют почти постоянную яркость. Но если планета имеет атмосферу со средней облачностью, это будет заметно. Рассеянное распределение облаков почти наверняка говорит об океане на поверхности, что особенно важно для поиска жизни. «Любая вода, выпадающая осадками, рано или поздно создает океан», – говорит Палле. Природу жидкости можно определить по расстоянию между звездой и планетой.