|
Как улучшить исследование экзопланет
|
|
|
|
Запуск космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST) в 2021 году положил начало новой захватывающей эре в исследованиях экзопланет, особенно для ученых, изучающих планеты земной группы, вращающиеся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. Но через три года после начала работы телескопа некоторые ученые столкнулись с проблемами, которые замедлили прогресс.
|
|
|
|
В недавней статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, общественная инициатива TRAPPIST-1 JWST представляет пошаговую дорожную карту для преодоления проблем, с которыми они столкнулись при изучении системы TRAPPIST-1, путем повышения эффективности сбора данных в интересах астрономического сообщества в целом.
|
|
|
|
"Целое сообщество экспертов объединилось, чтобы решить эти сложные междисциплинарные задачи и разработать первую многолетнюю стратегию наблюдений, которая даст JWST реальный шанс на выявление пригодных для жизни миров в течение всего срока ее существования", - говорит Жюльен де Вит, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института и один из ведущих авторов этой статьи.
|
|
Сделка "Двое за одного"
|
|
|
|
Расположенная в 41 световом году от Земли система TRAPPIST-1 с ее семью планетами представляет собой уникальную возможность изучить большую систему с множеством планет различного состава, похожую на нашу собственную солнечную систему.
|
|
|
"Это цель мечты: у вас есть не одна, а, возможно, три планеты в обитаемой зоне, так что у вас есть возможность сравнить их в одной и той же системе", - говорит Рене Дуайон из Университета Монреаля, который совместно с де Витом руководил исследованием. "Существует лишь несколько хорошо охарактеризованных скалистых планет с умеренным климатом, у которых мы можем надеяться обнаружить атмосферу, и большинство из них находятся в системе TRAPPIST-1".
|
|
|
|
Астрономы, такие как де Вит и Дойон, изучают атмосферу экзопланет с помощью метода, называемого спектроскопией пропускания, при котором они наблюдают за тем, как звездный свет проходит через потенциальную атмосферу планеты, чтобы увидеть, какие элементы в ней присутствуют. Спектры пропускания собираются, когда планета проходит перед своей звездой-хозяином.
|
|
|
|
Планеты в системе TRAPPIST имеют короткие периоды обращения по орбите. В результате их транзиты часто перекрываются. Время наблюдения за транзитами обычно распределено на пятичасовые интервалы, и при правильном планировании почти половина из них может пройти как минимум два раза. Это "два в одном" экономит время и деньги, удваивая объем собираемых данных.
|
|
Звездное загрязнение
|
|
|
|
Звезды неоднородны; их поверхности могут отличаться по температуре, создавая пятна, которые могут быть более горячими или более холодными. Молекулы, такие как водяной пар, могут конденсироваться в холодных местах и влиять на спектры пропускания. Подобную звездную информацию бывает трудно отделить от планетарного сигнала и она дает ложные представления о составе атмосферы планеты, создавая так называемое "звездное загрязнение". Хотя это часто игнорировалось, улучшенные возможности JWST выявили проблемы, связанные со звездным загрязнением при изучении атмосфер планет.
|
|
|
|
Ученый-исследователь EAPS Бен Рэкхэм столкнулся с этими трудностями, когда его первоначальное докторское исследование малых экзопланет с использованием телескопов Magellan в Чили было сорвано. Теперь он видит, что та же проблема, с которой он впервые столкнулся, будучи аспирантом, повторяется с новыми данными JWST.
|
|
|
|
"Как мы и предсказывали в ходе предыдущей работы с данными наземных телескопов, самые первые спектральные признаки, которые мы получаем с помощью JWST, на самом деле не имеют никакого смысла с точки зрения планетарной интерпретации", - говорит он. "Эти характеристики совсем не такие, какие мы ожидали бы увидеть, и они меняются от перехода к переходу".
|
|
|
|
Рэкхэм и Дэвид Берардо, постдок в EAPS, работали с de Wit над способами коррекции звездного загрязнения, используя два различных метода: улучшение моделей звездных спектров и использование прямых наблюдений для получения поправок.
|
|
|
|
"Наблюдая за вращением звезды, мы можем использовать чувствительность JWST, чтобы получить более четкое представление о том, как выглядит ее поверхность, что позволяет более точно измерить атмосферу планет, которые проходят через нее", - говорит Берардо. Это, в сочетании с последовательным изучением транзитов, как предлагается в дорожной карте, позволяет собрать полезные данные о звезде, которые могут быть использованы для фильтрации звездного загрязнения как в будущих, так и в прошлых исследованиях.
|
|
Beyond TRAPPIST-1
|
|
|
|
Текущая дорожная карта была разработана в результате усилий инициативы сообщества TRAPPIST JWST по объединению отдельных программ, ориентированных на отдельные планеты, что не позволило им использовать оптимальные окна наблюдения за транзитом.
|
|
|
|
"Мы с самого начала понимали, что для этой работы потребуется "целая деревня", чтобы избежать ловушек эффективности, характерных для небольших программ наблюдения", - говорит де Вит. "Теперь мы надеемся, что можно будет начать широкомасштабную работу сообщества, руководствуясь дорожной картой, и добиться своевременных результатов".
|
|
|
|
Де Вит надеется, что это может привести к выявлению пригодных для жизни миров вокруг TRAPPIST-1 в течение десятилетия.
|
|
|
|
И де Вит, и Дойон считают, что система TRAPPIST-1 является лучшим местом для проведения фундаментальных исследований атмосфер экзопланет, которые будут распространяться на исследования в других системах. Дойон считает, что "система TRAPPIST-1 будет полезна не только для самого TRAPPIST-1, но и для того, чтобы научиться выполнять очень точную коррекцию звездной активности, которая будет полезна для многих других программ спектроскопии пропускания, также подверженных влиянию звездной активности".
|
|
|
|
"У нас есть в пределах досягаемости фундаментальные и преобразующие решения с четким планом действий", - говорит де Вит. "Нам просто нужно усердно следовать ему".
|
|
|
|
Источник
|
