Астрономы Чикагского университета протестировали более простой и точный способ определить, есть ли у экзопланет атмосфера или нет, что стало шагом вперед в изучении потенциальной обитаемости далеких планет. Выше представлено художником то, как может выглядеть экзопланета земной группы GJ 1132 b. Авторы и права: НАСА, ЕКА, Роберт Л. Хёрт (IPAC)
Основная цель астрономических исследований — найти планеты, отличные от Земли, которые могут быть пригодны для поддержания жизни. Существует ряд факторов, которые, по мнению многих ученых, необходимы для того, чтобы планета была обитаемой, но важным является то, есть ли у планеты атмосфера.
Ученые нашли и другие каменистые экзопланеты, похожие на Землю, но ни одна из них, о которой мы можем с уверенностью сказать, не имеет атмосферы. Обнаружение этих планет позволит лучше понять, как формируются и сохраняются такие атмосферы, и мы сможем лучше предсказать, какие планеты могут быть обитаемы.
Исследование, проведенное доктором философии Чикагского университета. Студент Цяо Сюэ с группой профессора Джейкоба Бина продемонстрировал новый способ определения наличия атмосферы у далеких экзопланет и показал, что он проще и эффективнее, чем предыдущие методы.
Новый метод, если его применить к большему количеству планет, может помочь нам узнать больше о закономерностях формирования атмосферы. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
«Когда мы посмотрим на достаточно большой набор данных, как мы это сделаем в этом году с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, мы надеемся найти тенденции, которые помогут нам лучше понять формирование атмосферы и то, что делает планеты пригодными для жизни», — сказал Сюэ.
В поисках атмосферы
Поскольку ученые пытаются понять условия на других далеких планетах, они хотели бы знать, есть ли у этой планеты атмосфера — газовый слой, который изолирует планету и регулирует ее температуру. На Земле, например, наша атмосфера перераспределяет солнечное тепло по планете, сохраняя ее умеренным местом для жизни.
Однако учёные не могут напрямую визуализировать каменистые планеты, похожие на Землю, находящиеся вблизи своих звёзд. Вместо этого они должны собрать воедино различные подсказки, такие как колебания света при движении планеты вокруг своей звезды.
В исследовании ученые использовали метод, предложенный в 2019 году совместно с Бином и Меган Мэнсфилд (доктор философии '21, сейчас работает в Университете Аризоны), для поиска атмосфер. В этом подходе используется разница температур между самой горячей экзопланетой и расчетной температурой, насколько горячей она может быть теоретически.
Поскольку атмосферы рассеивают тепло по всей площади поверхности планет, они снижают температуру самой горячей стороны планеты (обращённой непосредственно к звезде). Ученые предположили, что если фактическая температура экзопланеты не такая высокая, как могла бы быть теоретически, то мы можем предположить, что у нее есть атмосфера, выполняющая эту функцию.
Проблема, однако, заключалась в том, что нам не хватало приборов, достаточно точных, чтобы обеспечить достаточно точные показания этих температур. Космический телескоп Джеймса Уэбба изменил ситуацию, предложив увеличенную способность видеть в инфракрасном диапазоне, что позволяет ученым регистрировать температуру планет, измеряя интенсивность излучаемой ими энергии.
Когда экзопланеты пересекают свои солнца, они заслоняют часть света звезды, что приводит к небольшому уменьшению измеренной яркости звезды. Когда планета появляется почти позади звезды относительно наших наблюдательных устройств, мы можем уловить максимальную яркость системы, то есть незатененную звезду в сочетании со сравнительно минимальным светом, излучаемым планетой.
Когда планета проходит за звездой относительно нашего поля зрения, мы можем самостоятельно зарегистрировать свет, излучаемый звездой. Вычитая это измерение света из измерения света звезды в сочетании со светом планеты, можно определить яркость — и, следовательно, температуру — планеты самой по себе.
Таким образом, Сюэ пришла к выводу, что первая планета, к которой она применила новый метод, планета GJ1132 b, не имеет атмосферы — измеренная температура планеты слишком близка к расчетной максимальной температуре, чтобы можно было предположить наличие какой-либо системы регулирования температуры. составляющая планеты. «Поэтому он не является подходящим кандидатом на всю жизнь», — сказала она.
Новый метод — не единственный способ определить, есть ли у экзопланеты атмосфера или нет, но это более простой и надежный способ поиска далеких планет с атмосферой. Сюэ объяснил, что этот метод менее восприимчив к ложноотрицательным и положительным результатам, чем другой метод.
«Этот другой метод, который измеряет фильтрацию света через атмосферу планеты, является более сложным, потому что его может сбить с толку активность на звезде и наличие облаков», — сказал Бин.
Если ученые смогут понять, что порождает атмосферы на планетах, им будет легче исключить необитаемые планеты в поисках экзопланет, на которых поддерживается жизнь.
«Это исследование было захватывающим, потому что я наконец получил возможность поработать с каменистыми планетами, которые являются предметом мечты каждого ученого, изучающего экзопланеты, потому что они обладают огромным потенциалом для жизни», — сказал Сюэ. «Теперь я так рад увидеть, что будет дальше».
Информация от: Чикагским университетом
