|
Транзит Венеры помогает разгадать тайны экзопланет
|
|
|
|
В следующем десятилетии исследователи начнут исследовать атмосферу таких маленьких планет, как Земля и Венера, вращающихся вокруг ближайших звезд. Но хотя эти две планеты Солнечной системы похожи по размеру и объемной плотности, из—за чего некоторые называют их "близнецами", их атмосферы не похожи друг на друга. Смогли бы ученые отличить их друг от друга, если бы наблюдали с расстояния в несколько световых лет?
|
|
|
|
Команда, возглавляемая Институтом астрофизики и космических наук (IA), представила, что Венера находится далеко в другой планетной системе — экзопланете — и спросила, какую информацию они могли бы извлечь. Результаты были опубликованы в статье в журнале Atmosphere и доказывают, что методы, используемые для изучения крупных горячих экзопланет, могут быть эффективно применены к планетам с диаметром в 10 раз меньшим.
|
|
|
|
Это также открывает путь к выявлению маркеров, которые могли бы отличить мягкую атмосферу с преобладанием азота, подобную Земной, от атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа, такой как горячая и бурная атмосфера Венеры.
|
|
|
|
"Методы, используемые в настоящее время для изучения атмосфер экзопланет, эффективны для планет-гигантов, расположенных близко к своей звезде и, следовательно, обладающих горячей атмосферой. Однако изучать атмосферу таких маленьких тел, как Земля или Венера, непросто", - говорит первый автор Александр Бранко, студент магистратуры IA и факультета естественных наук Лиссабонского университета (Ciencias ULisboa).
|
|
|
|
|
|
|
"Наиболее перспективные объекты часто находятся в зоне звездного излучения, очень похожей на Венеру, поэтому экзопланеты, скорее всего, будут первыми маленькими мирами, атмосфера которых будет охарактеризована. Цель нашей работы состояла в том, чтобы взглянуть на Венеру так, как если бы мы смотрели на экзопланету".
|
|
|
|
После десятилетий других исследований на Венере исследователи смогли подтвердить свои выводы. Более того, они показывают, что атмосферы тел Солнечной системы также могут быть исследованы с использованием тех же методов для определения удаленных атмосфер, чтобы обнаружить у наших ближайших соседей химические вещества с очень низкой концентрацией, которые трудно обнаружить другими способами.
|
|
|
|
Редкий шанс
|
|
|
|
Чтобы наблюдать Венеру как экзопланету, команда проанализировала очень редкий набор данных, собранных 5 и 6 июня 2012 года, когда Венера в последний раз в этом столетии пересекла диск нашего Солнца — во многом таким же образом, как зондируются атмосферы экзопланет, когда они проходят перед своей звездой-хозяином с расстояния наша точка зрения на Землю. Они запечатлевают свое присутствие в свете звезды, когда она проходит по пути к Земле. Среди следов - сигналы, оставляемые молекулами в их атмосфере, которые рассказывают астрофизикам, из чего она состоит.
|
|
|
|
Это сложнее, чем меньше планета, но в 2030-х годах планируется ввести в эксплуатацию новые астрономические приборы, и экзопланеты размером с Землю и Венеру будут в пределах их досягаемости. Таким образом, методы, которые уже успешно используются на больших горячих экзопланетах, нуждаются в тестировании и калибровке для этих более сложных случаев, когда соответствующие сигналы, вероятно, будут слишком слабыми и скрыты за шумом.
|
|
|
|
Применив эти методы к данным о прохождении Венеры перед Солнцем, исследователи подтвердили их будущее использование с помощью таких мощных средств, как чрезвычайно большой телескоп ESO (ELT) и космическая миссия Европейского космического агентства (ЕКА) "Ариэль", в которых участвуют Португалия и IA. Однако, чтобы провести различие между мирами, подобными Земле, и мирами, подобными Венере, предстоит еще многое сделать. Если смотреть издалека, Венеру можно принять за планету, подобную нашей.
|
|
|
|
Будет ли первая удаленная "Земля" на самом деле еще одной адской Венерой?
|
|
|
|
Из-за концентрации углекислого газа атмосфера Венеры подвержена сильнейшему парниковому эффекту, который приводит к расплавлению свинца на поверхности планеты, а давление в баллонах достигает такого же уровня, что и внутри водолазных баллонов. На самом деле, атмосфера, подобная атмосфере Венеры, вероятно, будет первой, которую можно охарактеризовать как экзопланету "размером с Землю".
|
|
|
|
"Высокие температуры, присущие каменистым планетам с атмосферой, богатой углекислым газом, и, следовательно, подверженной сильному парниковому эффекту, приводят к созданию химически активной среды со многими химическими превращениями. Это позволяет легко обнаружить этот тип атмосферы", - говорит Педро Мачадо из IA и Ciencias ULisboa, второй автор этого исследования.
|
|
|
|
Соавтор исследования Оливье Деманжон из IA и Факультета естественных наук Университета Порту (FCUP) добавляет: "Атмосфера Венеры примерно в 90 раз плотнее Земной и к тому же значительно горячее. Настолько, что, несмотря на большую плотность, атмосфера Венеры больше. И то, и другое, и большее, и более плотное, в наших наблюдениях указывает на явные признаки. Мы обнаружили на снимках Венеры некоторые слабые признаки присутствия углекислого газа, которые не ожидаются в атмосферах, подобных земной. Тем не менее, это все еще не самый эффективный способ различать две планеты".
|
|
|
|
Положительные результаты получены и для других миров Солнечной системы
|
|
|
|
В 2012 году Педро Мачадо и его команда участвовали в скоординированных наблюдениях Венеры в рамках международной кампании, когда планета пересекла солнечный диск в июне. Они также проанализировали спектроскопические данные, собранные на солнечном телескопе Данна (Национальная солнечная обсерватория, Нью-Мексико, США) с использованием инфракрасного спектрополяриметра (FIRS). Эти данные относятся к солнечному свету, преломленному верхними слоями атмосферы Венеры в те моменты, когда край планеты соприкасался с ней и, в конце концов, освобождал солнечный диск.
|
|
|
|
"Мы адаптировали к условиям Солнечной системы сложные методы, используемые для изучения атмосферы миров на невероятно больших расстояниях, - говорит Педро Мачадо. - И мы доказали, что они также могут быть использованы для обнаружения незначительных химических компонентов в атмосферах нашей Солнечной системы. Мы готовим наблюдения, которые с помощью этого метода будут полезны для изучения атмосфер Юпитера и Сатурна, когда яркая звезда проходит позади них, что видно с помощью наших телескопов на Земле. Орбитальные миссии вокруг Венеры или Марса также позволили наблюдать Солнце через их атмосферы."
|
|
|
|
"Мы даже обнаружили четкие признаки изотопов углерода и кислорода в молекулах углекислого газа и монооксида углерода", - добавляет Мачадо. Количество определенных изотопов меняется со временем и используется для оценки температуры и давления в атмосфере в прошлом и их временных масштабов.
|
|
|
|
"Оценка относительного количества изотопов позволяет нам сделать выводы об истории эволюции Венеры", - говорит Александр Бранко.
|
|
|
|
Мачадо добавляет: "Это то, чему наша работа вносит несомненный вклад, и это также является одной из целей следующей миссии Европейского космического агентства EnVision на Венеру, в которой Португалия и IA сотрудничают: изучить эволюцию Венеры в прошлом".
|
|
|
|
Спектрограф "АНДЫ" для ELT ESO и космический аппарат "Ариэль" ЕКА, созданные при участии IA в области науки и техники, - это два оборудования, которые будут способствовать исследованию других миров и получат пользу от исследований, проводимых в соответствии с работой этой команды.
|
|
|
|
Ariel позволит изучить атмосферу примерно 1000 уже известных экзопланет, и для этого он будет использовать те же методы наблюдения и анализа, которые эта команда применяла в своей работе. Педро Мачадо является членом правления консорциума Ariel и координатором рабочей группы Ariel, которая связывает изучение атмосфер экзопланет с изучением атмосферы Солнечной системы.
|
|
|
|
Источник
|
