|
Новая миссия будет изучать эволюцию атмосфер экзопланет
|
|
|
|
Концепция обитаемой зоны полезна для понимания того, какие миры могут быть обитаемыми. Она выделяет экзопланеты, находящиеся на подходящем расстоянии от своих звезд, где потенциально может существовать жидкая вода на их поверхности. Но одного этого недостаточно для определения обитаемости. Обитаемость и последующая эволюция сложной жизни требуют устойчивых условий, а это означает устойчивую атмосферу.
|
|
|
|
В последние годы многочисленные исследования посвящены тому, как экзопланеты могут терять свои атмосферы из-за экстремального звездного ультрафиолетового излучения. Красные карлики занимают центральное место в этой продолжающейся проблеме. Поскольку они очень тусклые, обитаемые зоны красных карликов находятся близко к своим звездам, поэтому любые потенциально обитаемые экзопланеты подвергаются воздействию экстремального излучения и вспышек красных карликов. Но опасность распространяется не только на красные карлики (M-карлики). Фотоиспарение в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV) может за несколько миллионов лет разрушить десятки или сотни атмосфер размером с Землю на экзопланете, сделав её непригодной для жизни.
|
|
|
|
Однако многое нам до сих пор непонятно о EUV-излучении и корональных выбросах массы (CME), а также о том, как они изменяют, формируют или разрушают обитаемость планет. Новая предлагаемая миссия НАСА направлена на восполнение этих пробелов в наших знаниях. Концептуальная миссия называется «Чрезвычайно-ультрафиолетовая характеристика звёзд для изучения физики и эволюции атмосферы» (ESCAPE).
|
|
|
|
|
|
|
Подробности предложения по миссии изложены в новом исследовании под названием «ESCAPE: небольшая исследовательская миссия для изучения звёздных факторов эволюции экзопланет». Ведущий автор — Эллисон Янгблад, научный астрофизик из Лаборатории экзопланет и звёздной астрофизики в Центре космических полётов имени Годдарда НАСА. Исследование в настоящее время доступно на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
«Долгосрочная стабильность атмосфер экзопланет критически зависит от потоков фотонов в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV) и высокоэнергетических частиц от звезды-хозяина, которые плохо изучены», — говорится в статье. «Чтобы восполнить этот ключевой пробел в нашем понимании сохранения атмосферы, мы представляем миссию Extreme-ultraviolet Stellar Characterization for Atmospheric Physics and Evolution (ESCAPE), концепцию малого исследовательского аппарата НАСА, предложенную в 2026 году».
|
|
|
|
Для понимания потери атмосферы астрономы используют концепцию космической береговой линии. Это линия, которая разделяет планеты, способные сохранять свои атмосферы, от тех, которые не могут. По одну сторону линии находятся планеты с плотными атмосферами, такие как Земля и Венера. По другую сторону — безвоздушные миры, такие как Меркурий.
|
|
|
|
В рамках миссии ESCAPE будет использоваться спектроскопия в крайнем и дальнем ультрафиолетовом диапазоне для изучения EUV-излучения и выбросов корональной массы (CME). Цель проекта — более глубокое понимание того, как ультрафиолетовое излучение (EUV) и корональные выбросы массы (CME) приводят к потере атмосферной массы и как они могут определять обитаемость каменистых экзопланет. Проект ESCAPE будет работать в диапазоне 80–1650 ангстремов. EUV-диапазон составляет ~80–825 ангстремов, а FUV-диапазон — ~1280–1650 ангстремов.
|
|
|
|
ESCAPE не будет фокусироваться на небольшом количестве отдельных объектов. Вместо этого, это более широкая программа наблюдений, направленная на понимание долгосрочной обитаемости и того, как экзопланеты могут поддерживать свои атмосферы. Данные ESCAPE позволят создать более точные модели, которые ученые, изучающие экзопланеты, смогут использовать в будущем. Авторы пишут, что «критически важным пробелом в знаниях, который необходимо восполнить в течение следующего десятилетия, является определение того, какая доля умеренных каменистых планет вокруг звезд разных типов может развить и сохранить атмосферы, способные поддерживать долгосрочную обитаемость».
|
|
|
|
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, ESCAPE задаст три вопроса:
|
|
|
|
- Какова интенсивность УФ-излучения в обитаемой зоне?
|
|
- Как изменяется интенсивность УФ-излучения звезд со временем?
|
|
- Каковы свойства выбросов массы из звездных корон?
|
|
|
|
В настоящее время ученые, изучающие экзопланеты, используют три отдельные модели, чтобы попытаться понять, как звезды приводят к потере массы в атмосфере. Но при их использовании они могут получать значения скорости потери массы, которые отличаются друг от друга в 10 раз. Наш ближайший сосед, карлик типа M, Проксима Центавра, иллюстрирует эту проблему.
|
|
|
|
«ESCAPE решает проблему различий более чем в 10 раз в прогнозируемых скоростях потери массы в атмосфере, напрямую измеряя как современную интенсивность УФ-излучения от конкретных звезд типа FGKM, так и эволюцию УФ-излучения звезд в зависимости от массы», — пишут авторы.
|
|
|
|
В течение своей двухлетней миссии ESCAPE будет использовать свой единственный инструмент для проведения двух отдельных обзоров. Один из проектов — это Stellar EUV Environments (SEEN), а другой — Dedicated EUV Eruption Program (DEEP).
|
|
|
|
SEEN — это своего рода обзорная программа, в рамках которой будут наблюдаться 276 звезд F-, G-, K- и M-карликов в течение 12 килосекунд (3 часа и 20 минут) на каждую звезду. Будут собраны данные об их возрасте и светимости в EUV и FUV диапазонах в зависимости от возраста и массы. SEEN будет решать научные вопросы 1 и 2.
|
|
|
|
DEEP — это мониторинговый проект, в рамках которого будут наблюдаться 24 карликовые звезды типов F, G, K и M в течение 1 мегасекунды (278 часов) каждая. Он будет измерять частоту корональных выбросов массы (КВМ) для каждой звезды и частоту вспышек в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV). DEEP позволит ответить на научные вопросы 2 и 3.
|
|
|
|
У миссии ESCAPE есть предшественник, Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE), которая завершилась 25 лет назад. ESCAPE будет более чем в 50 раз чувствительнее, чем EUVE, что также позволит космическому аппарату проводить научные исследования за пределами его двухлетней основной миссии. «Расширенная миссия, состоящая из программы общего наблюдения (GO), может решить множество дополнительных научных задач в области астрофизики и за её пределами», — пишут авторы.
|
|
|
|
ESCAPE позволит астрономам изучать кометы и то, как EUV-излучение Солнца влияет на них и их летучие вещества, когда они находятся во внутренней части Солнечной системы. «К основным кометным видам, которые будут наблюдаться, относятся He, H, O, Fe, C, N, Mg, Si, S и Ne», — пишут авторы. ESCAPE также может изучать межзвездные кометы, что позволяет сравнивать выделение газов из них с выделением газов из комет Солнечной системы. «Эти измерения можно дополнительно сравнить с протопланетными дисками, наблюдаемыми вокруг далеких звезд, потенциально связывая кометы-захватчики с типами систем, из которых они происходят», — объясняют исследователи.
|
|
|
|
ESCAPE также может собирать данные об известных необитаемых экзопланетах. Хотя они и не обитаемы, многие из них находятся в необычных условиях и сформировались под воздействием ультрафиолетового и дальнего ультрафиолетового излучения. «Миссия ESCAPE по измерению спектроскопического излучения в ультрафиолетовом и дальнем ультрафиолетовом диапазонах примерно 300 звезд типа FGKM окажет далеко идущее влияние на наше понимание всех планет и их атмосфер, а не только обитаемых каменистых, к изучению которых мы стремимся с помощью HWO», — пишут авторы.
|
|
|
|
Расширенная миссия ESCAPE также позволит изучать горячие белые карлики, взаимодействующие двойные системы, местную межзвездную среду и многое другое.
|
|
|
|
Миссия ESCAPE — еще одно свидетельство прогресса в науке об экзопланетах. Хотя открытие новых экзопланет всегда будет важным, большая часть научного внимания смещается от обнаружения к пониманию обитаемости на более глубоком и детальном уровне.
|
|
|
|
«Гелиофизика, науки о Земле и планетология давно признали наблюдения солнечного крайнего ультрафиолетового излучения и выбросов корональной массы необходимыми для понимания планет, вращающихся вокруг них, и ESCAPE заполняет этот важный пробел в наблюдениях для науки об экзопланетах», — пишут авторы. «Объединяя звездные наблюдения с моделями атмосфер планет, ESCAPE позволит нам понять другие миры в контексте; интерпретировать текущие наблюдения всех типов экзопланет и предоставить дорожную карту для будущих миссий НАСА по изучению обитаемых экзопланет».
|
|
|
|
Источник
|
