「ここが私たちの住む場所です。青い点に、「有名な「淡い青い点」の写真のリリース後にカール・セーガンが言った。写真は、1990年2月14日にVoyager1スペースプローブによって60億kmの距離から撮影されました。今日まで、この写真は地球の最も遠い写真のままです。今年の2月、彼女は30歳になり、それを記念して最新のデジタル手法を使用して処理され、さらに印象的な画像を受け取りました。（クリック可能）画像処理のための最新のプログラムとテクノロジーを使用した「淡いブルードット」写真の更新バージョン
淡いブルーのドットまたは青いボール-いずれにせよ、私たちの惑星はブルーに関連付けられています。そして、地球は私たちに知られている唯一の人が住んでいる惑星なので、他の人が住んでいる惑星は青いと仮定するのは合理的です。しかし、現実はそれほど単純ではありません。
色とは何ですか？
天文学者は、色を特定の波長の光の強さと呼びます。光は、水面の波のように空間を移動する電磁放射（EMP）です。波長が色を決定します。たとえば、波長が約450nmのEMRは私たちには青く見えます。
しかし、人々が色と考えるものは、実際には電磁スペクトルの全波長のごく一部にすぎません。望遠鏡は、私たちが目で見ることができるものを超えているスペクトルのギャップを拾うことができます。赤外線または紫外線放射も「色」と見なすことができます。 EMPの全範囲を見ることができれば、夜空ははるかに明るく見えるでしょう。
今後のJamesWebb Space Telescopeは、赤外線スペクトルを検出できます。赤外線波可視光よりも星間塵やガスを通過する方が簡単です。その結果、望遠鏡はこれらの障害物を「見る」ことができるようになります。
そして最も興味深いのは、色が調査中のオブジェクトについて多くのことを教えてくれることです。星の色はその表面温度に関係しています。赤い星はより冷たく、青い星はより熱くなります。色は、オブジェクトの構成も示します。雰囲気の色は空気の組成に関係しています。表面から反射した光の色は、その表面の特性を示しています。スペースオブジェクトの色は通常、いくつかの色で構成されます。
地球は青いだけでなく、その色はいくつかの色と混ざり合っており、それぞれが特定の表面やガスに関連付けられています。大気中のすべての表面とすべてのガスは、それらに当たってその結果としてそれらの色を変える太陽光の波に独自の特徴を残します。光が植物の葉に当たると、そこに含まれるクロロフィルが波のエネルギーの一部を吸収し、緑色と赤外線の部分を反射して空間に戻します。光と物質の相互作用は、分光学の科学によって研究されています。
さまざまな地上表面の色と反射率
EMPスペクトル-私たちが見る（目に見える）光はそのほんの一部にすぎないことに注意してください
星の周りを回る遠い世界-外惑星-はどうですか？遠い世界の色は、その居住性を教えてくれます。ワープドライブを使用したり、ハイパースペースに移動してこれらの惑星に到達したりすることはできません。代わりに、光の速度でそれらから受け取った情報を使用します。
地球に似た外惑星の分光学的研究には2つの主な問題があります。
まず、現在の世代の望遠鏡には、地球サイズの惑星から反射された光とその星の光を区別するための解像度がありません。このため、これらのオブジェクトまでの距離が遠すぎることが判明しました（60億kmの距離から地球がどれほど小さいかを思い出してください-ここでは数百兆について話します）。星と惑星の光が融合します。
エキソプラネットが存在すること、サイズ、地球に似ているかどうか、星の周りを回転することはわかっていますが、今日では他にほとんど見えません。
第二に、私たちの望遠鏡が個々の惑星の光を研究できるとしても、私たちが正確に何を見ているのかを理解するのに役立つ色のプレートがありません-私たちは比較するものがありません。数百光年の距離から、別の星を周回する別の地球がどのように見えるかはわかりません。そして、私たちの地球は、赤または青の太陽の光の中で異なって見えるでしょう。
幸いなことに、私たちは現在両方の問題に取り組んでいます。
未来の望遠鏡プロジェクト
新世代の高解像度望遠鏡が間近に迫っています。宇宙望遠鏡、特にJames Webb、HabEx、LUVOIR。地上の望遠鏡-たとえば、巨大なマゼラン望遠鏡。それらの解像度は、比較的薄暗い惑星とその輝く星からの光の分離を可能にします。
望遠鏡の解像度の向上を期待して、コーネル大学の天体物理学のジャック・マッデン博士は、カラーガイドを編集しました他の星の周りを回る地球のような世界のために。コンピュータシミュレーションによって作成されたハンドブックは、私たちが観察する世界の色を解釈し、それらの居住性を判断するために使用できます。
このような外惑星は、地球に似た青い雰囲気を持っている可能性があります。赤い星の光の下で、それは緑がかった色合いを持っています。
マッデンは、私たち自身の惑星で見つかった表面タイプ（海水、玄武岩、花崗岩、砂、木、草、雪、雲）を組み合わせて、シミュレートされた地球を作成しました。シミュレートされた惑星のいくつかには、単一の表面タイプが与えられました。たとえば、ジャングル/森で完全に覆われた惑星（ジェダイの帰還からのEndorなど）。雪の世界（帝国の逆襲からのホスのような）;砂漠の世界（新しい希望からのTatooine）。地球のように、いくつかのタイプの組み合わせで数えられるものもあります。惑星ごとに、地球のように水を70％カバーし、雲がまったくない、または平均のように雲を44％カバーするなど、さまざまなオプションが検討されました。
次に、これらの惑星は、シミュレートされた星の居住可能ゾーンに配置されました-表面の水を液体状態に保つのに十分なエネルギーを受け取るような距離で。シミュレートされた星の表面温度は3900Kから7400Kの範囲で、クラスF、G、Kを含む星の12のクラスとサブクラスに対応します。
この範囲には、Gクラスにあり、表面温度がある太陽と比較して、冷たい星と赤い星の両方が含まれます。約5770Kで、より熱く、より青くなります。さらに冷たいMクラスの星はリストから除外されました。十分なエネルギーを得るには、惑星は太陽のフレアの危険にさらされるほどそれらの近くを周回する必要があります。さらに、そのような惑星は星と同期回転し、片側で回転します。
その結果、30種類の惑星表面と12種類の星がシミュレートされました。合計で、0.4〜20ミクロンの波長（可視光から赤外線までのスペクトルに対応）で360の異なる惑星が得られました。
「地球は私たちの人が住む世界の唯一の例です。平和を支えることができるが、地球のようではない世界を見つける準備ができていればいるほど、その存在の兆候をより早く見つけることができます。遠くの惑星の大気中の生命の兆候を検出できる望遠鏡を自由に使用して、比較できるモデルの広範なセットを編集します。観察された条件に基づいて、液体の水の存在に必要な温度を維持できる表面の種類を見つけることができます」とジャック・マッデンは書いています。
明るいFクラスの星を周回する外惑星とその月が時々並んでいます。散乱光は雲の頂上で反射され、特定の視点からすべての観察者に燃えるような絵を形成します。
居住可能な色
シミュレートされた惑星は、外惑星を捜すことが計画されている将来の望遠鏡のためのガイドを作成することを可能にしました。観測のスペクトルをシミュレートされた地球のような惑星と比較することにより、雲に覆われたジャングルの世界、海の惑星、空気のない岩、または地球のような多くの異なる表面タイプを持つ大陸の世界を見ているかどうかを理解しやすくなります。
シミュレーションはまた、惑星の表面と星から発せられる光との間の相互作用の詳細を明らかにしました。たとえば、冷たい星は熱い星よりも少ないエネルギーを放出しますが、より多くの放射が赤外線範囲に入るため、地球のような世界をより効率的に加熱します。
特定の星の光をどのように吸収または反射するかに応じて、さまざまな種類の表面も惑星の表面の温度に影響を与えます。青い表面は青い星の光の下でより涼しくなり、赤い表面はより多くの青い光を吸収して暖まります。
惑星の色のコントラストも、その表面の特性によって変化します。薄暗いKクラスの星を周回する砂漠の惑星は、明るいFクラスの星を周回する海に覆われた惑星の2倍の明るさになる可能性があります。海水は砂よりも少ない光を反射します。
惑星の表面のタイプは、その星のタイプに応じて、その表面温度と居住性、および望遠鏡でどれだけよく見えるかに大きく影響する可能性があります。この情報は、将来の超望遠鏡で観察する星と、解像度を上げた後に戻ることができる外惑星を選択するのに役立ちます。
シミュレートされたエキソプラネットからの反射光と放出光の組み合わせのサンプル。さまざまな種類の表面の30％と海水で覆われた表面の70％を持ち、雲がある場合とない場合の惑星が表されます。Y軸は特定の表面によって反射されるエネルギーの量であり、X軸は波長です。
人生を送る
惑星の大気によって反射された光は、その構成について教えてくれます。惑星の大気を通過すると、そこにいくつかのガスが存在するため、星の光が変化します。望遠鏡はこれらの変化を検出できます。
これらすべての世界をシミュレートすることにより、惑星の大気中のメタンや酸素などのガスの存在を認識するタスクを簡略化することができます。通常、メタンと酸素は相互に破壊されるため、（地球で発生するように）惑星の大気中に継続的に存在することは、生物学的プロセスがそこで進行し、一方または両方のガスの貯蔵を回復していることを示している可能性があります。
いわゆる植物のおかげで遠くからも植物を見ることができます。約700nmの波長範囲での「レッドエッジ効果」-赤色および近赤外光。シミュレートされた木で覆われた惑星は、スペクトルのこの時点で反射率が劇的に増加します。陸生植物は、光合成中の過熱から身を守るために赤外光を反射します。
マッデンのモデルに含まれていない他の興味深い可能性があります。たとえば、惑星のスペクトルがどのように変化するかは不明です。これは、光を反射するだけでなく、それ自体を放出します。この光は、惑星の表面にある生物発光生物の結果である可能性があります（アバターのパンドラのように）。将来の惑星探しの間に、そのような機会を発見することができるでしょう。
マッデンは、惑星の分光特性をシミュレートするだけでなく、このトピックに関するデジタル図面も作成します。彼の作品のいくつかはこの記事で紹介されていますが、残りは彼のウェブサイトで見つけることができます。