|
Новые знания о скалистых экзопланетах
|
|
|
|
Поиск потенциально обитаемых скалистых планет в нашей галактике на протяжении десятилетий был священным граалем исследований экзопланет. Несмотря на то, что открытие более 5900 экзопланет в более чем 4400 планетных системах стало замечательным достижением, лишь небольшая часть из них (217) была подтверждена как земная, то есть скалистая или "похожая на Землю". Кроме того, получить точную информацию об атмосфере скалистой экзопланеты очень сложно, поскольку потенциально пригодные для жизни скалистые планеты намного меньше и, как правило, вращаются ближе к своим звездам.
|
|
|
|
Благодаря приборам нового поколения, таким как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), исследования экзопланет переходят от открытия к определению характеристик. Однако вокруг скалистых планет пока не было четко определено наличие атмосферы, и атмосферные данные, собранные Уэббом на данный момент, подвержены некоторой неопределенности.
|
|
|
|
Краткое изложение выводов Уэбба было представлено в недавнем исследовании исследователей из Института астрономии Макса Планка (MPIA) и Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса (JHUAPL). Основываясь на своем резюме, они рекомендуют "пятибалльную оценку высоты", чтобы помочь астрономам в определении характеристик атмосферы.
|
|
|
|
Исследованием руководила Лаура Крейдберг, профессор MPIA и директор отдела физики атмосферы экзопланет (APEx). Отдел. К ней присоединились Кевин Б. Стивенсон, астроном-исследователь из JHUAPL, и Консорциум по изучению обитаемости и атмосфер М-карликовых планет (CHAMPs). Статья, в которой подробно излагаются их выводы, "Первый взгляд на скалистые экзопланеты с помощью JWST", была недавно опубликована на сервере препринтов arXiv и находится на рассмотрении для публикации в Трудах Национальной академии наук.
|
|
|
|
|
|
|
Как они описывают в своей статье, компания Webb добилась ряда впечатляющих успехов благодаря своему передовому набору чувствительной инфракрасной оптики с высоким разрешением в сочетании с коронографами и спектрометрами. "Это самые точные спектры пропускания для скалистых планет на сегодняшний день и обнаружение тепла, исходящего примерно от полудюжины скалистых планет", - сообщил Крейдберг Universe Today по электронной почте. "JWST также позволил нам перенести эти измерения теплового излучения (тепла) на более холодные скалистые планеты, чем когда—либо прежде, - теперь температура составляет всего 100°C (по сравнению с 800°C ранее)".
|
|
|
|
Благодаря своим наблюдениям Уэбб также провел обширную теоретическую работу по прогнозированию атмосферных свойств скалистых планет. Это особенно верно для тех, которые вращаются вокруг красных карликов М-типа, на долю которых приходится 80% звезд Млечного Пути.
|
|
|
|
Это продемонстрировало, что атмосфера может формироваться под воздействием многих физических процессов, включая летучие элементы, доставляемые кометами и астероидами, потерю атмосферы, взаимодействие внутренних слоев атмосферы и биологические процессы. Из них потеря атмосферы особенно важна, поскольку неизвестно, на каких каменистых планетах, наблюдаемых Уэббом, сохранилась атмосфера.
|
|
|
|
Основываясь на наблюдениях Уэбба, проведенных на сегодняшний день, концепция "космической береговой линии" стала популярной основой для определения того, какие планеты с большей вероятностью имеют атмосферу. Согласно этой теории, планеты с более высокой второй космической скоростью (более массивные планеты) и меньшей радиацией с большей вероятностью сохранят атмосферу.
|
|
|
|
Однако до сих пор неизвестно, как влияет на эту "береговую линию" тип звезды и история облучения. Между тем, звезды поздней стадии развития известны тем, что подвергают свои планеты более высокому уровню радиации, особенно поздние звезды М-типа, которые, как известно, имеют длительные фазы ультрафиолетового излучения, которые могут длиться до 6 миллиардов лет.
|
|
|
|
Более интенсивное воздействие высокоэнергетического излучения приводит к большей потере атмосферы, а звезды М-типа известны своей интенсивной вспышечной активностью. Чтобы решить эти неизвестные проблемы, команда рекомендует новую систему для достижения большей точности в определении атмосферы скалистых планет.
|
|
|
|
Крейдберг сказал: "Задача определения высоты по пяти шкалам - это достижение точности измерений, необходимой для обнаружения атмосферных явлений, сходных с земными. Самым крупным спектральным элементом в атмосфере Земли является углекислый газ, и он охватывает около пяти масштабных высот (единица измерения, которую астрономы используют для обозначения типичной вертикальной протяженности атмосферы). Пока что данные недостаточно точны, чтобы увидеть такой маленький элемент, поэтому необходимы дополнительные наблюдения!"
|
|
|
|
Благодаря большой апертуре, стабильности и диапазону длин волн от ближнего до среднего инфракрасного диапазона телескопа JWST астрономы теперь достигли точки, когда наконец-то стало возможным определить характеристики атмосфер вокруг скалистых планет. В частности, теперь стало возможным обнаруживать слабые сигналы, ожидаемые от таких летучих элементов, как вода (H2O), диоксид углерода (CO2), метан (CH4), аммиак (NH3), монооксид углерода (CO) и другие.
|
|
|
|
Заглядывая в будущее, астрономы смогут получать спектры пропускания и излучения скалистых экзопланет, вращающихся вокруг звезд М-типа, во время планетарных транзитов и затмений. Крейдберг сказал: "Пятимасштабный тест на высоту определяет, насколько точными должны быть данные для обнаружения атмосферы, подобной земной.
|
|
|
|
"Для этого потребуется как больше данных, так и более совершенное моделирование, чтобы устранить помехи от детекторов star и JWST. Уже была одобрена программа наблюдений JWST (GO 7073, составление карты космической береговой линии), в рамках которой была предпринята попытка сделать это для небольшой выборки скалистых планет, которые, скорее всего, имеют атмосферу."
|
|
|
|
В то время как JWST не способен изучать атмосферы земных аналогов вокруг солнцеподобных звезд, будущие миссии следующего поколения, такие как обсерватория обитаемых миров (HWO), смогут делать это с помощью прямых изображений. В то же время структура, предложенная командой Крейдберга, могла бы помочь астрономам проложить путь к дальнейшему ограничению атмосфер каменистых экзопланет.
|
|
|
|
"С помощью JWST мы уже достигли значительного прогресса в понимании того, какие скалистые планеты могут иметь атмосферу", - добавил Крейдберг. "Это важный первый шаг, задолго до того, как мы перейдем к биосигнатурам. Нам нужно научиться ходить, прежде чем мы сможем бегать!"
|
|
|
|
Источник
|
