|
Полярное сияние раскроет секреты экзопланет
|
|
17 января 2013 года, 13:57 | Текст: Дмитрий Целиков
|
|
|
|
Высоко в небе танцуют, мерцая, гигантские цветные ленты. Хорошая ночь для любителей полярного сияния! Полосы красного становятся голубыми и красными вновь, бегут облака. В ночном небе за ними сверкают звёзды. Полная луна поднимается над горизонтом, величественно встают ещё два полумесяца...
|
|
|
|
Добро пожаловать на одну из экзопланет. Таковых найдено более 850 — в основном благодаря наблюдениям колебаний света звёзд или кратких затмений светил. Эти методы способны рассказать о массе планеты и радиусе её орбиты. Другие подробности теоретически можно почерпнуть из анализа атмосферы немногих достаточно больших и близких к нам планет.
|
|
|
Самая новая идея — изучение полярного сияния. Никто его там пока не видел, потому что свет слишком слаб, чтобы пройти расстояние даже от ближайшей к нам экзопланеты. Но авроры к тому же излучают радиоволны — вот за чем хотели бы поохотиться исследователи.
|
|
|
|
Радиоизлучение способно дать огромное количество информации, которая недоступна для других методов. Таким образом можно было бы обнаружить, во-первых, пока ещё невидимые миры. А во-вторых — вычислить продолжительность суток, измерить силу магнитного поля, получить представление о внутренних процессах, управляющих магнитным полем, выяснить, как планета взаимодействует со звездой, и даже открыть её спутники.
|
|
|
|
На Земле полярные сияния становятся результатом столкновения электронов, ускоренных солнечным ветром, с молекулами газа в верхних слоях атмосферы. Цвет авроры зависит от того, на какой длине волны излучается свет: кислород даёт зеленовато-жёлтый, азот — красный или синий. А радиоволны излучаются ещё до этого — когда электроны вращаются вокруг линий магнитного поля планеты.
|
|
|
|
Полярные сияния замечены также на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. Есть все основания ожидать, что по крайней мере на некоторых экзотелах будет то же самое, ведь несколько раз наблюдались вспышки, вызванные, возможно, взаимодействием магнитных полей звезды и планеты.
|
|
|
|
Самыми яркими аврорами в Солнечной системе обладает Юпитер. Правда, наблюдать их с Земли мы не можем, потому что там преобладает ультрафиолетовое сияние, не способное пройти через нашу атмосферу. Впервые мы увидели их благодаря «Вояджеру-1» в 1979 году. Сегодня нам помогают космический телескоп «Хаббл» и рентгеновская орбитальная обсерватория «Чандра».
|
|
|
|
Но ещё до этого мы знали о полярном сиянии на Юпитере по радиосигналам низкой частоты. Именно они позволили рассчитать магнитное поле планеты задолго до отправки «Вояджера-1» к месту непосредственных измерений.
|
|
|
Радиоволны обладают тем преимуществом, что если у планеты есть магнитное поле, то она способна испускать радиосигналы сильнее, чем звезды, тогда как в оптической и инфракрасной частях спектра (где в основном ищут экзопланеты) она слабее яркого и горячего светила. И наше понимание Юпитера очень пригодилось бы в интерпретации радиоданных, полученных от других планет, тем более что большинство из обнаруженных до сих пор тел напоминает скорее Юпитер, чем Землю.
|
|
|
|
В области низких частот (в районе нескольких десятков мегагерц) радиоизлучение Юпитера становится столь же ярким, как солнечное, но этого мало: если бы он находился у другой звезды, мы бы ничего не заметили. Остаётся надеяться на то, что есть планеты, у которых радиоизлучение ещё сильнее.
|
|
|
|
Но что и как можно определить по радиоволнам? Например, частота, с которой они излучаются авророй, зависит от напряжённости магнитного поля. К счастью, они исходят в виде своего рода конических лучей, которые вращаются вместе с планетой. Для земного наблюдателя это выглядит как пульсация, по которой можно рассчитать период вращения тела вокруг своей оси.
|
|
|
|
Сигнал к тому же циркулярно поляризованный, ведь электрическое поле тоже вращается. Тем самым можно отличить излучение планеты от такового звезды: последнее не поляризовано, поскольку производится выбросом электронов сквозь внешнюю атмосферу.
|
|
|
|
Первую группу, которая занималась поиском экзопланет по радиоволнам, возглавил Уильям Эриксон из Университета штата Мэриленд (США). Вдохновлённые успешным обнаружением радиосигналов Юпитера исследователи в 1977 году приступили к наблюдению за 22 ближайшими звёздами с помощью радиообсерватории Кларк-лейк близ Боррего-Спрингса в Калифорнии. Чувствительность радиотелескопа позволяла обнаружить полярные сияния не менее чем в тысячу раз сильнее юпитерианских, но ничего не вышло.
|
|
|
|
Сейчас, 35 лет спустя, интерес к радиозлучению аврор возвращается в связи с завершением строительства радиотелескопа LOFAR — крупнейшего и самого чувствительного на частотах ниже 250 МГц. Массив, на создание которого ушло десять лет, включает более 45 тыс. небольших антенн. Основная часть установлена в тихом заповеднике на северо-востоке Нидерландов, а остальные разбросаны по Франции, Германии, Швеции и Великобритании. Работа началась в декабре, и к поиску экзопланет планируется приступить в самом ближайшем будущем.
|
|
|
|
Планета, подобная Юпитеру, способна к мощному радиоизлучению в двух случаях. Во-первых, конфигурация магнитного поля планеты, расположенной неподалёку от звезды, может сильно пострадать от солнечного ветра. В результате возникают потоки заряженных частиц, которые могут привести к полярному сиянию. Моделирование, проведённое Филиппом Заркa из Парижской обсерватории и Себастьяном Эссом из лаборатории LATMOS (оба — Франция), показало, что таким образом можно определить наклон «горячего Юпитера» относительно плоскости орбиты, наклон магнитного поля относительно оси вращения, период вращения, орбитальный период и напряжённость магнитного поля. Выявить всё это иным способом невозможно.
|
|
|
|
Во-вторых, сильный всплеск радиоизлучения может быть связан со спутником планеты, что характерно для нашего Юпитера. Там авроры возникают в связи с тем, что вулканы Ио каждую секунду выбрасывают по направлению к планете тонну ионизированного газа. Джонатан Николс из Лестерского университета (Великобритания) рассчитал, что на силу радиоизлучения такого полярного сияния влияют скорость вращения планеты, скорость оттока ионизированного газа с её спутника и орбитальное расстояние, а также ультрафиолетовая яркость звезды. По мнению специалиста, подобные всплески на массивных и быстровращающихся планетах можно обнаружить на расстоянии до 150 световых лет.
|
|
|
|
Пока ничего подобного заметить не удалось, несмотря на постоянные поиски. Валид Маджид из Лаборатории реактивного движения НАСА и его коллеги рассмотрели полдюжины экзопланет с помощью радиотелескопа GMRT, расположенного в 80 км к северу от Пуны (Индия). Главную причину неудачи исследователи видят в неспособности инструмента регистрировать достаточно низкие частоты. Например, Юпитер не излучает интенсивные радиоволны на частоте выше 40 МГц, а нижний предел возможностей GMRT — 50 МГц. У LOFAR этот показатель составляет 10 МГц, но атмосфера Земли блокирует частоты ниже 10 МГц, поэтому нужна космическая антенна. Г-н Маджид предлагает поставить её на Луне.
|
|
|
|
Чувствительность телескопа влияет, конечно же, и на способность наблюдать радиосигналы полярного сияния. Улучшить этот показатель можно установкой дополнительных антенн, а также путём выявления и устранения шумов в сигнале, вызванными другими источниками радиоволн. Г-н Маджид уверен, что радиоастрономия справится с этой задачей, запустив не только LOFAR, но и телескоп SKA общей площадью около квадратного километра с антеннами в Южной Африке и Австралии. И если мы через несколько лет так ничего и не найдём, то, полагает г-н Зарка, это произойдёт из-за того, что нет всплесков подходящей мощности, а вовсе не из-за несовершенства оборудования.
|
|
|
|
http://science.compulenta.ru/731755/
|
