Ученые давно занимаются проблемой поиска внеземной жизни в различных ее формах. Однако сейчас в их распоряжении есть куда более изящные и надежные методы, чем прослушивание радиосигналов в надежде поймать радиопередачу разумных существ (этим занимается знаменитый проект SETI, Searching for Extraterrestrial Intelligence).
Одни из этих методов основаны на анализе состава атмосферы отдаленных планет, и в первую очередь, поиска в них кислорода (ведь на нашей планете почти весь кислород был выработан именно живым организмами).
При проведении исследований климатических условий очень важным параметром является блеск планеты, зависящий от соотношения отраженной и поглощенной энергии звезды. На основе этого параметра и была разработана методика, позволяющая с высокой точностью находить на экзопланетах живые организмы, схожие с земными лесами.
Кристофер Доти (Christopher Doughty), один из авторов этого научного труда, поясняет, что разработанный им и его коллегами алгоритм исследований позволит даже на значительных расстояниях обнаруживать планеты, на которых существует высокоразвитые формы жизни, отличая их от тех, где жизни нет совсем либо она представлена лишь в примитивных формах, вроде бактерий. Иными словами, на отдаленных планетах можно будет находить образования, напоминающие земные леса, благодаря проведению анализа отражаемого планетой света. Метод применим даже в том случае, если вся планета в телескоп кажется просто маленькой точкой.
Чтобы как можно точнее оценить блеск конкретной планеты, ученые принимают во внимание темные участки и тени на ее поверхности, которые появляются из-за различных особенностей ландшафта. Для математического описания применяют т.н. двулучевую функцию отражательной способности (сокращенно BRDF), с помощью которой определяют разницу отраженного света при различных углах падения и отражения луча.
Кристофер Доти объясняет это следующим образом. Если вышедшего солнечными летним днем человека сфотографировать сверху, когда Солнце находится в зените, то тень на фотографии будет минимальна, почти все изображение будет ярким. Если того же человек сфотографировать несколькими часами позже, то площадь тени на фотографии будет куда больше.
Аналогично можно обнаруживать и тени деревьев. Ученые сделали резонное предположение о том, что если на других планетах присутствуют многоклеточные организмы, существующие за счет процесса фотосинтеза, то очень высока вероятность того, что их развитие пойдет примерно по тому же пути, который прошли и земные растения. Стремясь получить максимум энергии, эти организмы будут вынуждены выращивать высокие кроны, чтобы поднять листья повыше. Таким образом, и на других планетах могут появиться деревья, во много похожие на земные, которые будут в разное время суток отбрасывать тень различного размера. А эту тень и будут анализировать с помощью функции BRDF.
Кристофер Доти под руководством Адама Вольфа (Adam Wolf) смоделировал параметры отражения света для условной планеты, которая обладала растительностью различной степени густоты, либо же была лишена ее. Эти опыты показали, что для поросшей лесами планеты всегда можно найти угол, при наблюдении под которым площадь теней будет минимальна. Нетрудно догадаться, что это угол, близкий к углу падения лучей от звезды, при котором тени имеют наименьший размер.
По словам ученых, метод применим даже в том случае, когда планета на фоточувствительной матрице видна всего как один пиксель.
