В июне 2012 года зонд «Хиноде» (JAXA и НАСА), занимающийся изучением Солнца, наблюдал транзит планеты Венера перед нашей звездой. Фото: JAXA/NASA/Lockheed Martin.
В следующем десятилетии исследователи начнут исследовать атмосферу таких маленьких планет, как Земля и Венера, вращающихся вокруг близлежащих звезд. Но хотя эти две планеты Солнечной системы схожи по размеру и объемной плотности (так что некоторые называют их «близнецами»), их атмосферы совершенно не похожи друг на друга. Смогут ли ученые различить их, если их увидеть с расстояния световых лет?
Команда под руководством Института астрофизики и космических наук (IA) предположила, что Венера находится далеко в другой планетной системе — экзопланете — и спросила, какую информацию они могут извлечь. Результаты были опубликованы в статье в журнале «Атмосфера» и доказывают, что методы, используемые для изучения больших горячих экзопланет, могут эффективно применяться к планетам с диаметром в 10 раз меньше.
Это также открывает путь к выявлению маркеров, которые могут отличать умеренные атмосферы с преобладанием азота, такие как земная, от атмосфер, состоящих в основном из углекислого газа, таких как горячая и жестокая атмосфера Венеры.
«Методы, используемые в настоящее время для изучения атмосфер экзопланет, эффективны для планет-гигантов, близких к своей звезде, то есть с горячей атмосферой. Однако изучать атмосферу таких маленьких тел, как Земля или Венера, сложно», — говорит первый автор Александр Бранко, студент магистратуры IA и факультета естественных наук Лиссабонского университета (Ciências ULisboa).
«Наиболее многообещающие цели часто подвергаются звездному радиационному режиму, подобному Венере, поэтому ЭкзоВенера, скорее всего, будет первыми маленькими мирами, атмосфера которых охарактеризована. Целью нашей работы было рассмотреть Венеру так, как если бы мы смотрели на нее. экзопланета».
Десятилетия других исследований Венеры позволили исследователям подтвердить свои выводы. Более того, они показывают, что атмосферы тел Солнечной системы также могут быть исследованы с использованием тех же методов для удаленных атмосфер, чтобы обнаружить у наших ближайших соседей химические соединения в очень низких концентрациях, которые трудно обнаружить другими способами.
Транзит Венеры по солнечному свету в июне 2012 года наблюдался в ультрафиолете с помощью прибора SWAP на борту микроспутника ЕКА PROBA-2. Кредит: ЕКА/РОБ
Редкий шанс
Чтобы наблюдать Венеру как экзопланету, команда проанализировала очень редкий набор данных, собранных 5 и 6 июня 2012 года, когда в последний раз в этом столетии Венера пересекала диск нашего Солнца — во многом так же, как исследуются атмосферы экзопланет. когда они проходят перед своей звездой-хозяином с нашей точки зрения на Земле. Они запечатлевают свое присутствие в свете звезды, когда она проходит по пути к Земле. Среди следов — сигналы, оставленные молекулами в их атмосфере, которые сообщают астрофизикам, из чего она состоит.
Чем меньше планета, тем сложнее это сделать, но новые астрономические инструменты планируется начать работу в 2030-х годах, и экзопланеты размером с Землю и Венеру окажутся в пределах их досягаемости. Таким образом, методы, которые уже успешно используются на больших горячих экзопланетах, необходимо протестировать и откалибровать для этих более сложных случаев, когда соответствующие сигналы, вероятно, будут слишком малы и скрыты в шуме.
Применяя эти методы к данным о прохождении Венеры перед Солнцем, исследователи подтвердили их будущее использование с помощью мощных объектов, таких как Чрезвычайно Большой Телескоп ESO (ELT) и космическая миссия «Ариэль» Европейского космического агентства (ЕКА). В этом участвуют Португалия и IA. Однако, чтобы различать миры, подобные Земле, и такие, как Венера, необходимо сделать больше. Если смотреть издалека, Венеру можно принять за планету, подобную нашей.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса с более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Будет ли первая далекая «Земля» еще одной адской Венерой?
Из-за концентрации углекислого газа атмосфера Венеры подвержена сильнейшему парниковому эффекту, из-за которого на поверхности планеты плавится свинец, а давление достигает такого же уровня внутри баллонов для дайверов. На самом деле атмосфера, подобная Венере, вероятно, будет первой экзопланетой размером с Землю.
«Высокие температуры, свойственные скалистым планетам с атмосферой, богатой углекислым газом и, следовательно, подверженными интенсивному парниковому эффекту, приводят к образованию химически активной среды со многими химическими переходами. Это позволяет легко обнаружить этот тип атмосферы», — говорит Педро Мачадо. , IA и Ciências ULisboa, а также второй автор этого исследования.
Соавтор Оливье Деманжон из IA и факультета наук Университета Порту (FCUP) добавляет: «Атмосфера Венеры примерно в 90 раз плотнее земной, а также значительно горячее. Настолько, что, несмотря на то, что она более плотная, атмосфера Венеры Атмосфера больше и плотнее, и это означает, что в наших наблюдениях мы обнаружили некоторые слабые следы углекислого газа на данных Венеры, которые не ожидаются в атмосферах, подобных Земле. это все еще не самый эффективный способ отличить две планеты».
Экзопланета Gliese 12 b, об открытии которой было объявлено в мае 2024 года, находится на расстоянии 40 световых лет от Земли и может иметь размер Земли или немного меньше, и в этом случае она будет эквивалентна Венере. В этой художественной концепции справа представлены возможные интерпретации планеты без атмосферы и с атмосферой, которая может быть такой же густой и плотной, как у Венеры. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Р. Больно (Калифорнийский технологический институт-IPAC)
Положительные результаты также и для других миров Солнечной системы.
В 2012 году Педро Мачадо и его команда участвовали в скоординированных наблюдениях Венеры в рамках международной кампании, когда в июне планета пересекла солнечный диск. Они также проанализировали спектроскопические данные, собранные на солнечном телескопе Данн (Национальная солнечная обсерватория, Нью-Мексико, США), используя инфракрасный спектрополяриметр (FIRS). Данные относятся к свету Солнца, преломленному верхними слоями атмосферы Венеры в те моменты, когда край планеты касался и, в конце концов, отпускал солнечный диск.
«Мы адаптировали к телу Солнечной системы сложные методы, используемые для изучения атмосферы гораздо более далеких миров», — говорит Педро Мачадо, — «и мы доказали, что их также можно использовать для обнаружения второстепенных химических компонентов в атмосферах нашей Солнечной системы. подготовка наблюдений, которые принесут пользу этой технике для исследования атмосфер Юпитера и Сатурна, когда яркая звезда проходит позади них, как видно из наших телескопов на Земле. Орбитальные миссии вокруг Венеры или Марса также наблюдали Солнце в их атмосферах».
«Мы даже обнаружили четкие следы изотопов углерода и кислорода в молекулах углекислого газа и угарного газа», — добавляет Мачадо. Количество определенных изотопов меняется со временем и используются для оценки прошлых атмосферных условий температуры и давления, а также их временных масштабов.
«Оценка относительного количества изотопов позволяет нам сделать выводы об истории эволюции Венеры», — говорит Александр Бранко.
Художественная концепция звезды, видимой сквозь атмосферу планеты, вращающейся вокруг нее. Фото: НАСА/Центр космических полетов Годдарда.
Мачадо добавляет: «Эта работа явно способствует этому, и это также является одной из целей следующей миссии Европейского космического агентства на Венеру, EnVision, в которой сотрудничают Португалия и IA: изучить прошлую эволюцию Венеры».
Спектрограф ANDES для ELT ESO и космическая миссия ESA Ariel, созданные при участии IA в области науки и технологий, являются двумя объектами, которые будут стимулировать исследования других миров и получат пользу от исследований, связанных с работой этого команда.
Ариэль позволит изучить атмосферу около 1000 уже известных экзопланет, и для этого он будет использовать те же методы наблюдения и анализа, которые эта команда применяла в этой работе. Педро Мачадо — член правления Консорциума Ariel и координатор рабочей группы Ariel, которая связывает изучение атмосфер экзопланет с атмосферой Солнечной системы.
Информация от: Институтом астрофизики и космических наук.
