|
Обнаружение магнитных полей экзопланет с Луны
|
|
|
|
Пригодность экзопланет для жизни зависит от целого ряда факторов, в первую очередь от жидкой воды. Для этого также требуется стабильная атмосфера, правильный химический состав и, возможно, даже такие факторы, как тектоника плит или другая геологическая активность. Планетарные магнитные поля также являются важной частью формулы, но обнаружить их с поверхности Земли сложно.
|
|
|
|
Проблема заключается в ионосфере Земли. Этот слой атмосферы создает барьер, который не позволяет некоторым радиочастотам достигать поверхности Земли. Астрономы считают, что наиболее заметные сигналы из атмосферы экзопланет приходятся на частоту ниже 10 МГц, но это ниже барьера, создаваемого ионосферой.
|
|
|
|
На Луне нет такого ионосферного барьера, и в новой статье показано, как радиолокационная станция на Луне может стать инструментом, необходимым для изучения магнитных полей экзопланет. Статья называется "Изучение экзопланет по радиосигналам с Луны", а ее ведущим автором является доктор Джейк Тернер с астрономического факультета Корнеллского университета.
|
|
|
|
Ионосфера Земли состоит из ионов, электрически заряженных атомов и молекул. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение солнца лишает ее электронов, что означает, что она электрически не нейтральна. Ионосфера состоит не из одного слоя, а из слоев с различной плотностью ионов. Она также образует внутреннюю часть магнитосферы Земли.
|
|
|
|
|
|
|
Ионосфера используется на Земле для распространения радиосигналов на большие расстояния, и именно это свойство делает ее препятствием для изучения магнитных полей экзопланет.
|
|
|
|
Луна бесплодна и не имеет ни плотной атмосферы, ни ионосферы. На ней есть только чрезвычайно тонкая атмосфера, называемая экзосферой, которая состоит из разреженных молекул, удерживаемых на месте гравитацией Луны. Вот почему Тернер и его коллеги нацелились на Луну.
|
|
|
|
"Несмотря на десятилетия поисков, до сих пор нет убедительных данных о магнитном поле экзопланеты", - пишут авторы, отмечая, что начали появляться некоторые многообещающие намеки. В 2021 году Тернер и его коллеги-исследователи обнаружили признаки наличия магнитосферы у Тау Бутис b, экзопланеты, находящейся на расстоянии около 51 светового года.
|
|
|
|
Поиск магнитных полей экзопланет сводится к изучению полярных сияний.
|
|
|
|
"Наблюдение за радиоизлучением планет во время полярных сияний является одним из наиболее многообещающих методов обнаружения экзопланетных магнитных полей", - объясняют исследователи в своей статье. "Магнитное поле экзопланеты можно обнаружить с помощью радиоизлучения от планеты, генерируемого электронно-циклотронной мазерной нестабильностью (CMI)".
|
|
|
|
На нашем солнце все намагниченные планеты и спутники испускают радиоизлучение по одному и тому же механизму.
|
|
|
|
Большая часть этих излучений была обнаружена со спутника; только излучение Юпитера было достаточно сильным, чтобы его можно было обнаружить с земли. Это просто невозможно, когда речь заходит об экзопланетах, поскольку они находятся гораздо дальше и их излучение намного слабее, когда они достигают нас. По мнению авторов, массив радиоантенн на Луне - это то, что необходимо для изучения магнитных полей экзопланет.
|
|
|
|
В связи с этим уже проводятся так называемые миссии pathfinder. Эксперимент по электромагнетизму лунной поверхности (LuSEE-Night) - это роботизированный радиотелескоп, который находится на стадии планирования. Если проект будет завершен коммерческими лунными службами полезной нагрузки (CLPS), он приземлится на обратной стороне Луны уже в 2026 году. LuSEE-Night проведет радионаблюдения всего неба с обратной стороны, используя Луну для блокирования радиоизлучений Земли, создающих помехи.
|
|
|
|
Данные радиоволновых наблюдений на поверхности Луны с помощью прибора "Фотоэлектронная оболочка" (ROLSES-1) были отправлены на Луну на лунном посадочном модуле Odysseus компании Intuitive Machines в феврале 2024 года. К сожалению, после приземления посадочный модуль перевернулся на бок. Тем не менее, ROLSES-1 смог собрать небольшое количество данных с поверхности Луны, хотя его размещение было не оптимальным. Несмотря на недолговечность, опыт работы прибора и ограниченные данные оказались бесценными для будущих лунных радиотелескопов.
|
|
|
|
В своей статье авторы также объясняют, как две предлагаемые миссии могут продвинуть изучение магнитных полей экзопланет. Обсерватория FarView - это предлагаемая система радиотелескопов, состоящая из 100 000 отдельных дипольных антенн площадью около 200 квадратных километров. Он будет изготовлен на месте, на обратной стороне Луны, путем извлечения металлов из лунного реголита.
|
|
|
|
FARSIDE (Дальняя антенная решетка для радиотехнических исследований темных веков и экзопланет) - это еще одна концепция лунного радиотелескопа farside. Он будет состоять из 128 антенн с двойной поляризацией, охватывающих 10 квадратных километров. Он будет ежеминутно снимать доступное небо.
|
|
|
|
"FarView и FARSIDE произведут революцию в изучении магнитосфер экзопланет", - пишут авторы. FarView может обнаруживать более слабые сигналы, поэтому у него должна быть возможность изучать магнитные поля всего, от планет земной группы размером с Землю до газовых гигантов, таких как Юпитер.
|
|
|
|
"Интересно, что доступный список целей для FarView в диапазоне частот 5-10 МГц включает в себя несколько суперземель и планет, подобных Нептуну", - объясняют исследователи. Это означает, что FarView усовершенствует моделирование динамо-машин для обитаемых планет в рамках подготовки к возможной эксплуатации FARSIDE.
|
|
|
|
FARSIDE сможет изучать магнитные поля вокруг десятков экзопланет, включая некоторые из ближайших кандидатов в обитаемые экзопланеты. Он также будет работать совместно с другими обсерваториями, изучающими атмосферу экзопланет.
|
|
|
|
"FARSIDE будет чрезвычайно дополнять атмосферные исследования, проводимые JWST, HWO и наземными телескопами 30-метрового класса, для понимания обитаемости близлежащих экзопланет земного типа", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Концепция обитаемой зоны полезна, несмотря на то, что она довольно нечетко определена. Жидкая вода почти наверняка необходима для жизни, и обитаемая зона, определяемая расстоянием экзопланеты от ее звезды, является основным фактором. Но Земля показывает нам, что обитаемость - это нечто большее, чем вода. Магнитный щит нашей планеты делает возможной жизнь, а также, скорее всего, такие явления, как тектоника плит и геологическая активность.
|
|
|
|
В то время как обнаружение геологической активности на расстоянии световых лет находится за пределами нашей досягаемости, обнаружение магнитных полей - практически в пределах ее возможностей.
|
|
|
|
"Таким образом, FarView и FARSIDE откроют совершенно новый режим в статистической радиотехнике экзопланет и сравнительной планетологии", - заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
