NO биомаркер: трансмиссионный и эмиссионный методы его потенциального обнаружения в атмосферах экзопланет с помощью Спектр-УФ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Среди всех факторов обитаемости экзопланет земного типа одним из определяющих является наличие у экзопланеты вторичной N2–O2 доминантной атмосферы. Именно данный фактор может потенциально свидетельствовать об уже существующих геологических и биологических процессах на экзопланете. Между тем прямая характеризация N2–O2 атмосфер у экзопланет земного типа является сложной наблюдательной задачей. Существует всего несколько индикаторов (молекул) такой атмосферы, среди которых можно выделить потенциальный биомаркер – молекулу окиси азота NO. Наиболее сильными спектральными признаками данной молекулы в ультрафиолетовом диапазоне являются γ-полосы (203–248 нм). Важную роль в поиске потенциальных биомаркеров на экзопланетах, в том числе в регистрации γ-полос NO, может сыграть планируемая к запуску космическая обсерватория Спектр-УФ. В работе приведены оценки возможности детектирования трансмиссии света в γ-полосах в атмосферах экзопланет с помощью данной обсерватории. Проведено сравнение методов эмиссионной и трансмиссионной спектроскопии применительно к регистрации NO. По результатам работы показано, что потенциальная возможность обнаружения сигнала трансмиссии в γ-полосах NO в атмосферах близких экзопланет (<10 пк) с помощью спектрографа LSS обсерватории Спектр-УФ существует. Представлены накладываемые ограничения для регистрации данного сигнала на более далеких экзопланетах.

Об авторах

Г. Н. Цуриков

Институт астрономии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tsurikov@inasan.ru
Россия, Москва

Д. В. Бисикало

Национальный Центр Физики и Математики; Институт астрономии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: bisikalo@inasan.ru
Россия, Саров; Россия, Москва

Список литературы

  1. J. Kasting, D. Whitmire, and R. Reynolds, Icarus 101, 1, 108–128 (1993).
  2. A. Nakayama, M. Ikoma, and N. Terada, Astrophys. J. 937, 72 (2022).
  3. H. Lammer, L. Sproß, J. L. Grenfell, M. Scherf, et al., Astrobiology 19, 7 (2019).
  4. L. Sproß, M. Scherf, V. I. Shematovich, D. V. Bisikalo, and H. Lammer, Astronomy Reports 65, No. 4 (2021).
  5. Y. Betremieux and L. Kaltenegger, Astrophys. J. Lett. 772, L31, 6 (2013).
  6. E. W. Schwieterman, S. L. Olson, D. Pidhorodetska, C. T. Reinhard, et al., Astrophys. J. 937, 109, 22 (2022).
  7. S. Seager, M. Schrenk, and W. Bain, Astrobiology 12, 1, 61–82 (2012).
  8. V. I. Shematovich, D. V. Bisikalo, and J. C. Gérard, Geophysical Research Letters 18, 1691–1693 (1991).
  9. V. I. Shematovich, D. V. Bisikalo, and J. C. Gérard, Annales Geophysicae 10, 792–801 (1992).
  10. V. Shematovich, D. Bisikalo, and G. Tsurikov, Atmosphere 14, 1092, 15 (2023).
  11. D. V. Bisikalo, V. I. Shematovich, and B. Hubert, Universe 8, 437–451, (2022).
  12. J. C. Gérard, V. I. Shematovich, and D. V. Bisikalo, Geophysical Research Letters 18, 1695–1697 (1991).
  13. J.-C. Gérard, V. I. Shematovich, and D. V. Bisikalo, Geophysical Monograph Series. The Upper Mesosphere and Lower Thermosphere: A Review of Experiment and Theory, Vol. 87 (1995).
  14. J.-C. Gérard, D. V. Bisikalo, V. I. Shematovich, and J. W. Duff, Journal of Geophysical Research 102, A1 (1997).
  15. C. A. Barth, Piana Space Sci. 40, No. 24 (1992).
  16. C. A. Barth, K. D. Mankoff, S. M. Bailey, S. C. Solomon, Journal of Geophysical Research 108, No. A1 (2003).
  17. Б. Ф. Гордиец, Ю. Н. Куликов, М. Н. Марков, М. Я. Маров, Труды ФИАН: Инфракрасная спектроскопия космического вещества и свойства среды в космосе, 130 (1982).
  18. Г. Н. Цуриков, Д. В. Бисикало, Астрон. журн. 100, № 2, 144–165 (2023).
  19. A. A. Boyarchuk, B. M. Shustov, I. S. Savanov, M. E. Sach-kov, D. V. Bisikalo, et al., Astronomy Reports 60 (2016).
  20. B. M. Shustov, M. E. Sachkov, S. G. Sichevsky, R. N. Arkhangelsky, et al., Solar System Research 55, No. 7 (2021).
  21. M. Sachkov, Ana Inés Gómez de Castro, B. Shustov, et al., Proc. SPIE., 12181 (2022).
  22. F. Schreier, S. Gimeno García, P. Hochstaffl, and S. Städt, Atmosphere 10, 5, 262 (2019).
  23. F. Schreier, S. G. Garcia, P. Hedelt, et al., Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 137, 29 (2014).
  24. F. Schreier, S. Städt, P. Hedelt, and M. Godolt, Molecular Astrophysics 11, 1 (2018).
  25. H. Keller-Rudek, G. K. Moortgat, R. Sander, and R. Sörensen, The MPI-Mainz UV/VIS spectral atlas of gaseous molecules of atmospheric interest, Earth System Science Data, 5, 365–373 (2013).
  26. W. Schneider, G. K. Moortgat, J. P. Burrows, and G. S. Tyndall, Journal of Photochemistry and Photobiology. A: Chemistry 40, 195–217 (1987).
  27. G. Selwyn, J. Podolske, and H. S. Johnston, Geophysical Research Letters 4, 427–430 (1977).
  28. C. Y. R. Wu, B. W. Yang, F. Z. Chen, D. L. Judge, J. Caldwell, and L. M. Trafton, Icarus 145, 289–296 (2000).
  29. I. E. Gordon, L. S. Rothman, R. J. Hargreaves, et al., Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 277, 107949 (2022).
  30. M. W. P. Cann, R. W. Nicholls, W. F. J. Evans, J. L. Kohl, et al., Applied Optics 18, 7, 964 (1979).
  31. D. R. Bates, Planel. Space Sa. 32, 6, 7855790 (1984).
  32. H. Trad, P. Higelin, N. Djebaïli-Chaumeix, and C. Mounaim-Rousselle, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 90, 275–289 (2005).
  33. J. Luque and D. R. Crosley, LIFBASE: database and spectral simulation Program (Version 1.5), SRI International Report MP 99-009 (1999).
  34. A. J. D. Farmer, V. Hasson, and R. W. Nicholls, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 9 (1972).
  35. G. V. Marr, Proceedings of the Physical Society 83, 2 (1964).
  36. F. G. Eparvier and C. A. Barth, Journal of Geophysical Research 97, A9 (1992).
  37. J. B. Tatum, Astrophysical Journal Supplement 14, 21 (1967).
  38. J. R. Reisel, C. D. Carter, and N. M. Laurendeau, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 47, 1 (1992).
  39. R. Engleman and Jr. P. E. Rouse, Journal of Molecular Spectroscopy 37 (1971).
  40. A. Garcia Munoz, M. R. Zapatero Osorio, R. Barrena, et al., Astrophys. J. 755, 103 (2012).
  41. U. S. Standard Atmosphere, 1976 (U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1976).
  42. G. P. Anderson, S. A. Clough, F. X. Kneizys, J. H. Chetwynd, and E. P. Shettle, Atmospheric Constituent Profiles (0–120 km) (AFGL), TR-86-0110 (1986).
  43. J. T. Emmert, D. P. Drob, J. M. Picone, D. E. Siskind, M. Jones, M. G. Mlynczak, et al. Earth and Space Science 8 (2021).
  44. A. Y. Chang, M. D. Di Rosa, and R. K. Hanson, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 47, №5, 375–390, (1992).
  45. M. D. Di Rosa and R. K. Hanson, Journal of Molecular Spectroscopy 164, № 1, 97–117 (1994).
  46. J. C. Gérard, C. A. Barth, Journal of Geophysical Research 82, 4 (1977).
  47. H. Rauer, S. Gebauer, P. v. Paris, J. Cabrera, et al., Astron. and Astrophys. 529, A8 (2011).
  48. L. Fossati, D. V. Bisikalo, H. Lammer, B. M. Shustov, M. E. Sachkov, et al., Astrophysics and Space Science 354, 1 (2014).
  49. M. Sachkov, B. Shustov, and Ana Inés Gómez de Castro, Proc. SPIE. 9144, 914402 (2014).
  50. A. Shugarov, I. Savanov, M. Sachkov, P. Jerram, et al., Astrophys. and Space Sci. 2014, 354, 1 (2014).
  51. D. E. Siskind, C. A. Barth, and R. G. Roble, Journal of Geophysical Research 94, A12 (1989a).
  52. D. E. Siskind, C. A. Barth, D. S. Evans, and R. G. Roble, Journal of Geophysical Research 94, A12 (1989b).
  53. M. L. Hill, K. Bott, P. A. Dalba, T. Fetherolf, et al., Astron. J. 165, 2 (2023).
  54. L. Kaltenegger and W. A. Traub, Astrophys. J. 698 (2009).
  55. A. Segura, K. Krelove, J. F. Kasting, D. Sommerlatt, et al., Astrobiology 3, 4 (2003).
  56. A. Segura, J. F. Kasting, V. Meadows, M. Cohen, et al., Astrobiology 5, 6 (2005).
  57. V. S. Meadows, G. N. Arney, E. W. Schwieterman, J. Lustig-Yaeger, et al., Astrobiology 18, 2 (2018).
  58. R. O. P. Loyd, E. L. Shkolnik, A. C. Schneider, T. Ri-chey-Yowell, et al., Astrophys. J., 890, 23, 21 (2020).
  59. P. Morrissey, T. Conrow, T. A. Barlow, T. Small, et al., Astrophys. J. Suppl. Ser. 173, 2 (2007).
  60. J. L. Linsky and M. Güdel, Exoplanet Host Star Radiation and Plasma Environment (In: Lammer H., Khodachenko M. (eds) Characterizing Stellar and Exoplanetary Environments. Astrophysics and Space Science Library, Springer, Cham., 411, 2015).
  61. И. С. Саванов, Астрофизический бюллетень 76, No. 2 (2021).
  62. S. R. Langhoff, C. W. Bauschlicher, and H. Partridge, Theoretical study of the NO γ system. The Journal of Chemical Physics 89, 8 (1988).
  63. T. Holstein, Physical Review 72, 12 (1947).
  64. V. I. Shematovich and M. Ya. Marov, Physics Uspekhi 61, 217–246 (2018).
  65. Г. Берд, Молекулярная газовая динамика (М.: Мир, 319, 1981).
  66. A. J. Pickles, Publ. Astron. Soc. Pacif. 110, 749 (1998).
  67. Z. Sviderskiene, Vilnius Astronomijos Observatorijos Biuletenis 80, 3 (1988).
  68. C. C. Wu, T. B. Ake, A. Bogges, et al., NASA Newsletter № 22 (1983).
  69. R. Barnes, R. Luger, R. Deitrick, P. Driscoll, et al., Publ. Astron. Soc. Pacif. 132, 1008, 61 (2020).
  70. R. K. Kopparapu, R. Ramirez, J. F. Kasting, V. Eymet, et al., Astrophys. J. 765, 2, 16 (2013).
  71. J.-C. Gérard, L. Soret, V. I. Shematovich, D. V. Bisikalo, and S. W. Bougher, Icarus 288, 284–294 (2017).
  72. C. P. Johnstone, M. L. Khodachenko, T. Lüftinger, K. G. Kislyakova, H. Lammer, and M. Güdel, Astron. and Astrophys. 624, L10 (2019).
  73. C. P. Johnstone, H. Lammer, K. G. Kislyakova, M. Scherf, and M. Güdel, Earth and Planetary Science Letters 576 (2021).
  74. R. Luger and R. Barnes, Astrobiology 15, 2 (2015).
  75. V. S. Airapetian, A. Glocer, G. V. Khazanov, R. O. P. Loyd, K. France, et al., Astrophys. J. Lett. 836, L3 (2017).
  76. O. Guyon, E. A. Pluzhnik, M. J. Kuchner, B. Collins, and S. T. Ridgway, Astrophys. J. Suppl. Ser. 167, 81Y99 (2006).
  77. A. Tavrov, S. Kameda, A. Yudaev, I. Dzyuban, et al., Journal of Astronomical Telescopes Instruments and Systems 4, 04, 1 (2018).
  78. A. Tavrov, O. Korablev, L. Ksanfomaliti, A. Rodin, P. Frolov, et al., Optics Letters 36, 11 (2011).
  79. P. Frolov, I. Shashkova, Y. Bezymyannikova, A. Kiselev, and A. Tavrov, Journal of Astronomical Telescopes, Instruments and Systems 2, 1 (2015).
  80. T. D. Robinson, K. R. Stapelfeldt, and M. S. Marley, Publ. Astron. Soc. Pacif. 128, 22 (2016).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (76KB)
Метаданные
3.

Скачать (398KB)
Метаданные
4.

Скачать (75KB)
Метаданные
5.

Скачать (435KB)
Метаданные

© Г.Н. Цуриков, Д.В. Бисикало, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».