ПОИСК БИОМАРКЕРОВ С ОБСЕРВАТОРИЕЙ СПЕКТР-УФ: МОЛЕКУЛА NO В АТМОСФЕРАХ ЭКЗОПЛАНЕТ У АКТИВНЫХ РОДИТЕЛЬСКИХ ЗВЕЗД

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обнаружение N2–O2 атмосферы на экзопланете земного типа может являться одним из определяющих свидетельств наличия на ней биологической и геологической активности. Молекула окиси азота, в свою очередь, является индикатором такой атмосферы, а ее спектральные полосы в ближнем УФ диапазоне (γ-полосы, 203–248 нм) могут быть потенциально обнаружены с помощью спектрографа с длинной щелью (СДЩ) (разрешающая способность 𝑅 = 1000) планируемого к запуску космического телескопа (КТ) Спектр-УФ. Интенсивные высыпания электронов в атмосферы экзопланет, которые находятся в зоне потенциальной обитаемости у активных звезд, могут приводить к увеличению концентрации NO и, соответственно, к повышению шансов для обнаружения этого биомаркера. По результатам расчетов с использованием моделей высыпания электронов в верхнюю атмосферу планеты, химии нечетного азота, переноса излучения, а также калькулятора экспозиций Спектр-УФ — мы определили необходимые наблюдательные условия для обнаружения биомаркера NO. Так, за разумное наблюдательное время (⩽ 200 часов) при отношении сигнал к шуму, равном 3, с помощью КТ Спектр-УФ можно зарегистрировать γ-полосы NO в атмосферах типичных супер-земель и суб-нептунов, подверженных интенсивным высыпаниям электронов, – на расстояниях до 8 и 30 парсек, соответственно. При этом наилучшими наблюдательными целями для регистрации NO являются экзопланеты в зоне потенциальной обитаемости у родительских звезд спектральных классов G-K.

Об авторах

Г. Н. Цуриков

Институт астрономии РАН

Email: grishatsurikov9826@yandex.ru
Москва, Россия

Д. В. Бисикало

Институт астрономии РАН; Национальный центр физики и математики

Москва, Россия; Саров, Россия

В. И. Шематович

Институт астрономии РАН

Москва, Россия

А. Г. Жилкин

Институт астрономии РАН

Москва, Россия

Список литературы

  1. V.S. Meadows and R.K. Barnes Handbook of Exoplanets (H.J. Deeg and J.A. Belmonte, Eds., 57, 2018).
  2. J.F. Kasting, D.P. Whitmire, and R.T. Reynolds, Icarus 101, 1, 108–128 (1993).
  3. I.S. Shklovskii Vselennaia, zhizn’, razum. (1962).
  4. I.S. Shklovskii and C. Sagan Intelligent life in the universe (1966).
  5. L. Sproß, M. Scherf, V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and H. Lammer, Astronomy Reports 65, 4, 275–296 (2021).
  6. H. Lammer, L. Sproß, J.L. Grenfell, M. Scherf, et al., Astrobiology 19, 7, 927–950 (2019).
  7. A. Coustenis and F.W. Taylor Titan: Exploring an Earthlike World (Second Edition, vol. 4, 2008).
  8. S.D. Domagal-Goldman, A. Segura, M.W. Claire, T.D. Robinson, and V.S. Meadows, Astrophys. J. 792, 2, 90 (2014).
  9. Y. Bétrémieux and L. Kaltenegger, Astrophys. J. Lett. 772, 2, L31 (2013).
  10. J.L. Grenfell, J.-M. Grießmeier, P. von Paris, A.B.C. Patzer, et al., Astrobiology 12, 12, 1109–1122 (2012).
  11. H. Rauer, S. Gebauer, P.V. Paris, J. Cabrera, et al., Astron. and Astrophys. 529, A8 (2011).
  12. E.W. Schwieterman, S.L. Olson, D. Pidhorodetska, C.T. Reinhard, et al., Astrophys. J. 937, 2, 109 (2022).
  13. A. Misra, V. Meadows, M. Claire, and D. Crisp, Astrobiology 14, 2, 67–86 (2014).
  14. V.S. Airapetian, C.H. Jackman, M. Mlynczak, W. Danchi, and L. Hunt, Scientific Reports 7, 14141 (2017).
  15. P. Barth, E.E. Stüeken, C. Helling, E.W. Schwieterman, and J. Telling, Astron. and Astrophys. 686, A58 (2024).
  16. G.N. Tsurikov and D.V. Bisikalo, Astronomy Reports 67, 2, 125–143 (2023).
  17. G.N. Tsurikov and D.V. Bisikalo, Astronomy Reports 67, 11, 1123–1138 (2023).
  18. V. Shematovich, D. Bisikalo, and G. Tsurikov, Atmosphere 14, 7, 1092 (2023).
  19. V. Shematovich, D. Bisikalo, G. Tsurikov, and A. Zhilkin, Astronomy Reports 68, 8, 843–864 (2024).
  20. A.A. Boyarchuk, B.M. Shustov, I.S. Savanov, M.E. Sachkov, et al., Astronomy Reports 60, 1, 1–42 (2016).
  21. B.M. Shustov, M.E. Sachkov, S.G. Sichevsky, R.N. Arkhangelsky, et al., Solar System Research 55, 7, 677–687 (2021).
  22. M. Sachkov, A.I. Gómez de Castro, B. Shustov, S. Sichevsky, and A. Shugarov, SPIE 12181, 121812S (2022).
  23. C.P. Johnstone, M. Güdel, H. Lammer, and K.G. Kislyakova, Astron. and Astrophys. 617, A107 (2018).
  24. A. Nakayama, M. Ikoma, and N. Terada, Astrophys. J. 937, 2, 72 (2022).
  25. C.P. Johnstone, M.L. Khodachenko, T. Lüftinger, K.G. Kislyakova, et al., Astron. and Astrophys. 624, L10 (2019).
  26. C.A. Barth, D.N. Baker, K.D. Mankoff, and S.M. Bailey, Geophysical Research Letters 28, 8, 1463–1466 (2001).
  27. C.A. Barth, K.D. Mankoff, S.M. Bailey, and S.C. Solomon, Journal of Geophysical Research (Space Physics) 108, A1, 1027 (2003).
  28. C.A. Barth, S.M. Bailey, and S.C. Solomon, Geophysical Research Letters 26, 9, 1251–1254 (1999).
  29. J.C. Gerard and C.A. Barth, Journal of Geophysical Research 82, 4, 674 (1977).
  30. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and J.C. Gerard, Annales Geophysicae 10, 10, 792–801 (1992).
  31. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, and J.C. Gerard, Geophysical Research Letters 18, 9, 1691–1694 (1991).
  32. J.C. Gérard, V.I. Shematovich, and D.V. Bisikalo, Geophysical Research Letters 18, 9, 1695–1698 (1991).
  33. J.C. Gérard, V.I. Shematovich, and D.V. Bisikalo, Geophysical Monograph Series 87, 235–241 (1995).
  34. J.C. Gérard, D.V. Bisikalo, V.I. Shematovich, and J.W. Duff, Journal of Geophysical Research 102, A1, 285–294 (1997).
  35. C.A. Barth, Planetary and Space Science 40, 2–3, 315–336 (1992).
  36. D. Bisikalo, V. Shematovich, and B. Hubert, Universe 8, 8, 437 (2022).
  37. M.Y. Marov, V.I. Shematovich, and D.V. Bisicalo, Space Science Reviews 76, 1–2, 1–204 (1996).
  38. S.C. Solomon, Journal of Geophysical Research 106, A1, 107–116 (2001).
  39. S.C. Solomon, Journal of Geophysical Research (Space Physics) 122, 7, 7834–7848 (2017).
  40. V.I. Shematovich, D.V. Bisikalo, J.C. Gérard, C. Cox, et al., Journal of Geophysical Research (Planets) 113, E2, E02011 (2008).
  41. V.I. Shematovich, Russian Chemical Reviews 88, 10, 1013–1045 (2019).
  42. P.C. Cosby, Journal of Chemical Physics 98, 12, 9544–9553 (1993).
  43. C.W. Walter, P.C. Cosby, and H. Helm, Journal of Chemical Physics 99, 5, 3553–3561 (1993).
  44. A.E. Hedin, Journal of Geophysical Research 96, A2, 1159–1172 (1991).
  45. D. Bilitza, D. Altadill, V. Truhlik, V. Shubin, et al., Space Weather 15, 2, 418–429 (2017).
  46. S.M. Bailey, C.A. Barth, and S.C. Solomon, Journal of Geophysical Research (Space Physics) 107, A8, 1205 (2002).
  47. F. Wunderlich, M. Godolt, J.L. Grenfell, S. Städt, et al., Astron. and Astrophys. 624, A49 (2019).
  48. F. Schreier, S. Gimeno Garcá, P. Hochstaffl, and S. Städt, Atmosphere 10, 5, 262 (2019).
  49. F. Schreier, S. Gimeno Garcá, P. Hedelt, M. Hess, et al., Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 137, 29–50 (2014).
  50. F. Schreier, S. Städt, P. Hedelt, and M. Godolt, Molecular Astrophysics 11, 1–22, (2018).
  51. U.S. standard atmosphere (1976).
  52. G.N. Tsurikov, S.G. Sichevsky, V.E. Shmagin, I.N. Nikonorov, and B.M. Shustov, Nauchnye trudy Instituta astronomii RAN 9, 1, 12–31 (2024).
  53. A. Shugarov and M. Sachkov, Photonics 10, 9, 1032 (2023).
  54. R. Diaz, Space Telescope Science Institute, Tech. Rep. CDBS-CRDS 2015-001, April (2015).
  55. S. Medallon, E. Rickman, and J. Brown, STIS Instrument Handbook for Cycle 32 v. 23 (vol. 23, 23, 2023).
  56. B.F. Gordietz, Y.N. Kulikov, M.N. Marov, and M.Ya. Marov, Trudi FIAN 130, 1, 3–28 (1982).
  57. R.G. Roble, Geophysical Monograph Series 87, 1–21 (1995).
  58. M.N. Izakov, Space Science Reviews 7, 5–6, 579–641 (1967).
  59. P.M. Banks and G. Kockarts, Aeronomy (1973).
  60. S.J. Bauer and H. Lammer, Planetary aeronomy: atmosphere environments in planetary systems (2004).
  61. R. Schunk and A. Nagy, Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry (2009).
  62. V. Singh and J.C. Gerard, Planetary and Space Science 30, 11, 1083–1089 (1982).
  63. D.E. Siskind, C.A. Barth, D.S. Evans, and R.G. Roble, Journal of Geophysical Research 94, A12, 16899–16911 (1989).
  64. J. Oberheide, M.G. Mlynczak, C.N. Mosso, B.M. Schroeder, et al., Journal of Geophysical Research (Space Physics) 118, 11, 7283–7293 (2013).
  65. J.A. Dodd, R.B. Lockwood, E.S. Hwang, et al., Journal of Chemical Physics 111, 8, 3498–3507 (1999).
  66. G.E. Caledonia and J.P. Kennealy, Planetary and Space Science 30, 10, 1043–1056 (1982).
  67. G.P. Anderson, AFGL atmospheric constituent profiles (0–120 km) (1986).
  68. M.L. Hill, K. Bott, P.A. Dalba, T. Fetherolf, et al., Astron. J. 165, 2, 34 (2023).
  69. R. Barnes, R. Luger, R. Deitrick, P. Driscoll, et al., Publ. Astron. Soc. Pacif. 132, 1008, 024502 (2020).
  70. R.O.P. Loyd, E.L. Shkolnik, A.C. Schneider, T. Richey-Yowell, et al., Astrophys. J. 890, 1, 23 (2020).
  71. A. Segura, K. Krelove, J.F. Kasting, D. Sommerlatt, et al., Astrobiology 3, 4, 689–708 (2003).
  72. A. Segura, J.F. Kasting, V. Meadows, M. Cohen, et al., Astrobiology 5, 6, 706–725 (2005).
  73. A.J. Pickles, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 110, 749, 863–878 (1998).
  74. Z. Sviderskiene, Vilnius Astronomijos Observatorijos Biuletenis 80, 3 (1988).
  75. C.C. Wu, T.B. Ake, A. Boggess, R.C. Bohlin, et al., NASA IUE Newsl 22 (1983).
  76. H. Chakraborty, M. Lendl, B. Akinsanmi, et al., Astron. and Astrophys. 685, A173 (2024).
  77. F.V. Lovos, R.F. Dáz, and L.A. Nieto, Astron. and Astrophys. 665, A157 (2022).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).