Концепция художника показывает планеты TRAPPIST-1 такими, какими их можно увидеть с Земли с помощью чрезвычайно мощного — и вымышленного — телескопа. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Наша звезда, Солнце, иногда объединяет силы с Луной, чтобы подарить нам, землянам, впечатляющее солнечное затмение, подобное тому, которое 8 апреля будет видно в некоторых частях США, Мексики и Канады.
Но как часто среди других звезд мы можем видеть подобные затмения? Ответ зависит от вашей точки зрения. Буквально.
На Земле полное солнечное затмение происходит, когда Луна закрывает солнечный диск, видимый с части поверхности Земли. В этом случае «путь тотальности» будет представлять собой полосу, пересекающую всю страну, от Техаса до штата Мэн.
Мы также можем видеть «затмения» с участием Меркурия и Венеры, двух планет в нашей солнечной системе, которые вращаются вокруг Солнца ближе, чем Земля, когда они проходят между нашими телескопами и Солнцем (хотя только с помощью телескопов с защитными фильтрами, чтобы избежать повреждения глаз). ). В этих редких случаях планеты представляют собой крошечные точки, пересекающие гораздо больший диск Солнца.
И астрономы могут в некотором смысле «видеть» затмения среди других систем планет, вращающихся вокруг своих родительских звезд. В данном случае затмение представляет собой крошечную каплю звездного света, когда планета, с нашей точки зрения, пересекает лицо своей звезды.
Это пересечение, называемое транзитом, может регистрироваться чувствительными датчиками света, прикрепленными к телескопам на Земле и в космосе, таким как космический телескоп НАСА «Хаббл», космический телескоп Джеймса Уэбба или TESS (спутник для исследования транзитной экзопланеты). Именно так на данный момент была обнаружена большая часть из более чем 5500 подтвержденных экзопланет — планет вокруг других звезд, хотя для обнаружения экзопланет используются и другие методы.
«Солнечное затмение — это огромный транзит», — сказала Эллисон Янгблад, заместитель научного сотрудника проекта TESS в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
И оба типа «транзитов» — будь то солнечные затмения или экзопланеты — могут привести к изменению мира в науке. Наблюдения солнечного затмения в 1919 году помогли доказать общую теорию относительности Эйнштейна, когда отклонение света звезды под действием гравитации Солнца вызвало смещение видимого положения звезды, показав, что гравитация заставляет пространство и время искривляться вокруг нее.
Транзиты экзопланет также дают гораздо больше, чем просто обнаружение далеких планет, сказал Янгблад.
«Планета проходит перед звездой и блокирует определенное количество света звезды», — сказала она. «Падение [in starlight] говорит нам о размерах планеты. Это дает нам измерение радиуса планеты».
Тщательные измерения множественных транзитов также могут определить продолжительность года на экзопланете и дать представление о ее формировании и истории. Тщательные измерения множественных транзитов также могут дать представление о формировании и истории экзопланет.
Композиция изображений прохождения Венеры, сделанных Обсерваторией солнечной динамики НАСА 5 июня 2012 года. На снимке показан временной интервал пути Венеры по Солнцу. Авторы и права: НАСА/Годдард/SDO.
Более того, звездный свет, проходящий через атмосферу экзопланеты во время ее транзита, если его измерить с помощью прибора, называемого спектрографом, может раскрыть более глубокие характеристики самой планеты. Свет разделяется на радужный спектр, а отсутствующие в спектре участки могут указывать на газы в атмосфере планеты, которые поглотили этот «цвет» — или длину волны.
«Измерение планеты на разных длинах волн позволяет нам узнать, какие химические вещества и какие молекулы содержатся в атмосфере этой планеты», — сказал Янгблад.
Затмения — настолько удобный способ сбора информации о далеких мирах, что ученые научились создавать свои собственные. Вместо того, чтобы ждать, пока затмения произойдут в природе, они могут спроектировать их прямо в своих телескопах. Приборы, называемые коронографами, впервые использованные на Земле для изучения внешней атмосферы Солнца (короны), теперь установлены на борту нескольких космических телескопов.
Когда к маю 2027 года будет запущен следующий флагманский космический телескоп НАСА, Римский космический телескоп Нэнси Грейс, он продемонстрирует новые технологии коронографа, которые никогда раньше не летали в космосе. Коронографы используют систему масок и фильтров, чтобы блокировать свет центральной звезды, обнаруживая гораздо более слабый свет планет, вращающихся вокруг нее.
Конечно, это не так просто, как кажется. Будь то поиск транзитов или прямые изображения экзопланет с помощью коронографа, астрономам приходится бороться с подавляющим светом звезд — огромная технологическая задача.
«Транзит, подобный земному, перед звездами, эквивалентен прохождению комара перед светом фар», — сказал Дэвид Чиарди, главный научный сотрудник Института наук об экзопланетах НАСА в Калифорнийском технологическом институте. «Вот как мало света блокируется».
У нас нет этой проблемы при наблюдении солнечных затмений — «наших самых первых коронографов», — говорит Чарди. По чистой случайности Луна во время затмения полностью закрывает Солнце.
«Солнечное затмение похоже на движение человека перед фарами», — сказал он.
На других планетах нашей Солнечной системы нам бы не повезло.
Спутники Марса странной формы слишком малы, чтобы полностью закрывать Солнце во время своих транзитов; и хотя затмения на внешних планетах (например, Юпитере и его многочисленных спутниках) могут быть впечатляющими, они не будут соответствовать общей площади солнечного затмения.
Мы живем в удачное время для наблюдения затмений. Миллиарды лет назад Луна была намного ближе к Земле и во время затмения могла бы затмить Солнце. А примерно через 700 миллионов лет Луна окажется настолько дальше, что уже не сможет совершать полные солнечные затмения.
«Солнечное затмение — это вершина удачи», — сказал Трипати. «Размер и расстояние Луны позволяют ей полностью блокировать солнечный свет. Мы находимся в идеальное время и место во Вселенной, чтобы иметь возможность стать свидетелями такого прекрасного явления».
