|
Всего несколько пикселей достаточно чтобы увидеть океаны на экзопланете
|
|
|
|
Прямые изображения экзопланет редки и лишены деталей. Будущие обсерватории могут это изменить, но пока изображения экзопланет мало что говорят исследователям. Они просто показывают присутствие планет в виде пятен света. Но новое исследование показывает, что всего несколько пикселей могут помочь нам понять особенности поверхности экзопланеты. Астрономы могут напрямую изображать экзопланеты, но только при определенных обстоятельствах. Обычно свет от звезды размывает гораздо более слабый свет от любых экзопланет, вращающихся вокруг нее. Исключением являются очень большие экзопланеты, находящиеся очень далеко от своей звезды или очень молодые. Астрономы могут отображать молодые планеты в инфракрасном диапазоне, потому что их тепловая мощность высока, в то время как свет от массивных экзопланет или экзопланет, находящихся далеко от их звезд, не так сильно размывается.
|
|
|
|
Одной группе исследователей хватило нечетких изображений экзопланеты AB Aur b, чтобы расширить наши представления о формировании планет. А поскольку большинство экзопланет обнаруживаются путем изучения транзитных кривых блеска, любые настоящие изображения экзопланет вызывают интерес. Если авторы нового исследования правы, то даже несколько пикселей на поверхности экзопланеты могут продвинуть наше понимание вперед, как это сделали кривые транзитного блеска. Новое исследование под названием «Глобальное картографирование состава поверхности экзоземли с использованием разреженного моделирования» доступно онлайн на сайте допечатной подготовки arxiv.org. Ведущий автор — Ацуки Кувата с факультета астрономии Токийского университета.
|
|
|
Исследование сосредоточено на будущем, когда прямые изображения экзопланет станут жизнеспособными. Сначала эти прямые изображения могут отображать лишь несколько пикселей поверхности экзопланеты. Вопрос в том, как мы можем узнать как можно больше из нескольких скудных пикселей? Согласно этому исследованию, больше, чем вы могли подумать на первый взгляд. В своей статье команда объясняет, что «временные ряды света, отраженного от экзопланет путем прямого изображения в будущем, могут предоставить пространственную информацию относительно поверхности планеты». Они использовали «разреженное моделирование» для извлечения информации из прямых изображений экзопланет. Разреженное моделирование — это инструмент машинного обучения, который может обнаруживать прогностические закономерности в данных, даже если данные разреженные или слабые.
|
|
|
|
Исследователи использовали свое разреженное моделирование на том, что они называют «игрушечной Землей». Они определили особенности поверхности, полезные при изучении экзопланет. «Применяя нашу технику к игрушечной модели безоблачной Земли, мы показываем, что наш метод может выводить разреженные и непрерывные распределения поверхности, а также несмешанные спектры без предварительного знания поверхности планеты», — пишут они. Они также применили свою технику к реальным данным Земли из DSCOVR/EPIC. DSCOVR — это спутник наблюдения Земли NOAA, а EPIC — полихроматическая камера на спутнике DSCOVR. EPIC — это мощный инструмент, который обеспечивает подробные измерения озона, аэрозолей, отражательной способности облаков, высоты облаков, свойств растительности и оценок УФ-излучения на поверхности Земли. Исследователи «обнулили» все эти подробные данные о поверхности Земли, как будто это была далекая экзопланета, на которую они смотрели.
|
|
|
|
Применив свою технику разреженного моделирования к данным DSCOVR/EPIC, они обнаружили закономерности, которые идентифицировали как океаны и облачный покров. Они также обнаружили два компонента, которые идентифицировали как сушу. «Дополнительно мы обнаружили два компонента, которые напоминали распределение суши. Один из компонентов захватывает пустыню Сахара, а другой примерно соответствует растительности, хотя их спектры все еще загрязнены облаками».
|
|
|
|
Ученые работают над извлечением как можно большего количества информации из разрозненных данных на изображениях экзопланет. Один из методов называется регуляризацией по Тихонову. На изображении ниже сравнивается разреженное моделирование команды с регуляризацией по Тихонову. «Мы пришли к выводу, что разреженное моделирование дает лучшие выводы о поверхностном распределении и несмешанных спектрах, чем метод, основанный на регуляризации Тихонова», — пишут авторы.
|
|
|
|
Это исследование является уточнением некоторых предыдущих работ, и результаты интригуют. Одним из препятствий в такой работе является то, что планеты вращаются. Чтобы любые результаты были достоверными, ученые должны учитывать вращение экзопланеты с предельной точностью. Но облака не сидят на месте, пока мы снимаем их портреты с расстояния в десятки или сотни световых лет. Исследование должно было сделать приспособления для этого. «Кроме того, мы предположили, что распределение конечного элемента по поверхности является статичным, но мы также должны учитывать динамическое движение поверхностей, особенно для облаков», — пишет команда в своем заключении.
|
|
|
|
Эта работа приобретает новое значение, потому что будущие телескопы начнут напрямую фотографировать экзопланеты. Это сфера наших новых мощных наземных телескопов, таких как предстоящий европейский сверхбольшой телескоп (E-ELT) и гигантский Магелланов телескоп (GMT). Эти телескопы удивительно мощные и будут давать изображения более четкие, чем космические телескопы. Резкость необходима для обнаружения прямого света от экзопланет и их изображения. В настоящее время прямые изображения экзопланет содержат мало деталей. Они по-прежнему увлекательны и в некотором смысле ценны с научной точки зрения, но они не раскрывают поверхностных деталей. Художники — еще один источник изображений экзопланет. Опытные иллюстраторы, такие как Мартин Корнмессер из ESA, пробуждают наше любопытство и волнение своими изображениями далеких миров на основе данных. Без Корнмессера и других, распространяющих экзопланетное волнение среди широкой публики, мы были бы в другом месте.
|
|
|
|
В 2015 году директор проекта GMT Патрик Маккарти сказал журналу Forbes, что «мы должны [также] иметь возможность относительно легко увидеть планеты, подобные Юпитеру и Сатурну, формирующиеся вокруг звезд в звездообразующих комплексах Ориона и Тельца Млечного Пути». Но эти изображения не будут кристально четкими и не покажут всех деталей поверхности планеты. Ученым все равно придется извлечь как можно больше деталей из этих изображений, используя машинное обучение, моделирование, симуляции и другие инструменты.
|
|
|
|
Источник
|
