Главной целью астрономических исследований является поиск планет, отличных от Земли, которые могли бы быть пригодны для поддержания жизни. Существует ряд факторов, которые, по мнению многих ученых, необходимы для того, чтобы планета была пригодна для жизни, но важным из них является то, есть ли у планеты атмосфера.
Ученые обнаружили другие каменистые экзопланеты, похожие на Землю, но ни на одной из них, как мы можем с уверенностью утверждать, нет атмосферы. Изучение этих планет поможет понять, как формируются и сохраняются такие атмосферы, чтобы мы могли лучше предсказывать, какие планеты могут быть пригодными для жизни.
Исследование, проведённое аспиранткой Чикагского университета Цяо Сюэ совместно с группой профессора Джейкоба Бина, продемонстрировало новый способ определения наличия атмосферы у далёких экзопланет и показало, что он проще и эффективнее предыдущих методов.
Новая методика, если её применить к большему количеству планет, может помочь нам узнать больше о закономерностях формирования атмосферы.
«Когда мы изучим достаточно большой массив данных, как это будет в этом году с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», мы надеемся найти закономерности, которые помогут нам лучше понять формирование атмосферы и то, что делает планеты пригодными для жизни», — сказал Сюэ.
Поиск атмосфер
Поскольку ученые пытаются понять условия на других далеких планетах, они хотели бы знать, есть ли у планеты атмосфера — газовый слой, который изолирует планету и регулирует ее температуру. На Земле, например, наша атмосфера перераспределяет солнечное тепло вокруг планеты, сохраняя на ней умеренный климат для жизни.
Однако ученые не могут напрямую получить изображение скалистых планет, похожих на Землю, вблизи своих звезд. Вместо этого они должны собрать воедино различные подсказки, такие как колебания света при движении планеты вокруг своей звезды-хозяина.
В ходе исследования учёные использовали метод, предложенный в 2019 году группой исследователей, в которую входили Бин и Меган Мэнсфилд (Ph.D. 21, в настоящее время работают в Университете Аризоны), для поиска атмосфер. Этот метод использует разницу в температуре между самой горячей точкой экзопланеты и расчётной температурой, которая теоретически могла бы быть на ней.
Поскольку атмосфера рассеивает тепло по всей поверхности планеты, она снижает температуру самой горячей стороны планеты (той, что обращена к звезде). Ученые предположили, что если фактическая температура экзопланеты не такая высокая, какой она могла бы быть теоретически, то можно предположить, что у нее есть атмосфера, выполняющая эту функцию.
Проблема, однако, заключалась в том, что у нас не было достаточно точных инструментов для измерения этих температур. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» изменил ситуацию, позволив лучше видеть в инфракрасном диапазоне, что позволяет учёным регистрировать температуру планет, измеряя интенсивность излучаемой ими энергии.
Когда экзопланеты проходят перед своими звёздами, они заслоняют часть света звезды, что приводит к незначительному снижению измеренной яркости звезды. Когда планета оказывается почти позади звезды по отношению к нашим устройствам наблюдения, мы можем зафиксировать максимальную яркость системы — то есть незаслонённую звезду в сочетании с относительно небольшим количеством света, излучаемого планетой.
Когда планета проходит за звездой относительно нашего наблюдательного пункта, мы можем зафиксировать свет, излучаемый звездой. Вычитая это значение из значения света, излучаемого звездой в сочетании со светом планеты, можно определить яркость — и, следовательно, температуру — самой планеты.
Таким образом, Сюэ пришла к выводу, что у первой планеты, к которой она применила новый метод, — GJ1132 b — нет атмосферы. Измеренная температура планеты слишком близка к рассчитанной максимальной температуре, чтобы можно было предположить наличие какого-либо компонента, регулирующего температуру. «Поэтому она не является подходящим кандидатом для жизни», — 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 атмосферами. Сюэ объяснил, что он менее восприимчив к ложноотрицательным и положительным результатам, чем другой метод.
"Этот другой метод, который измеряет фильтрацию света через атмосферу планеты, является более сложным, поскольку его можно спутать из-за активности на звезде и присутствия облаков", - сказал Бин.
Если учёные смогут понять, как возникает атмосфера на планетах, им будет проще исключать необитаемые планеты в поисках экзопланет, на которых возможна жизнь.
«Это исследование было захватывающим, потому что я наконец-то получил возможность работать с каменистыми планетами, которые являются мечтой каждого учёного, изучающего экзопланеты, потому что у них так много потенциала для жизни, — сказал Сюэ. — Теперь я с нетерпением жду, что будет дальше».
Источник: Astrophysical Journal Letters, Чикагский университет
На изображении:
Изображение художником того, как может выглядеть экзопланета земной группы GJ 1132b.