Одной из основных целей астрономических исследований является поиск планет, отличных от Земли, которые могли бы быть пригодны для поддержания жизни. Существует ряд факторов, которые, по мнению многих ученых, необходимы для того, чтобы планета была пригодна для жизни, но важным из них является наличие атмосферы на планете.
Ученые обнаружили и другие каменистые экзопланеты, похожие на Землю, но ни у одной из них, как мы можем с уверенностью сказать, нет атмосферы. Обнаружение этих планет позволит понять, как формируются и сохраняются такие атмосферы, что позволит нам лучше прогнозировать, какие планеты могут быть пригодны для жизни.
Исследование, проведенное аспирантом Чикагского университета Цяо Сюэ совместно с профессором. Группа Джейкоба Бина продемонстрировала новый способ определения того, есть ли атмосфера у далеких экзопланет, и показала, что он проще и эффективнее предыдущих методов.
Новая методика, примененная к большему количеству планет, может помочь нам узнать больше о закономерностях формирования атмосферы. Статья опубликована в Astrophysical Journal Letters.
"Когда мы рассмотрим достаточно большой набор данных, что мы и сделаем в этом году с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, мы надеемся найти тенденции, которые помогут нам больше понять о формировании атмосферы и о том, что делает планеты пригодными для жизни", — сказал Сюэ.
Поиск атмосфер
Поскольку ученые пытаются понять условия на других далеких планетах, они хотели бы знать, есть ли на планете атмосфера — газовый слой, который изолирует планету и регулирует ее температуру. Например, на Земле наша атмосфера перераспределяет солнечное тепло по всей планете, сохраняя на ней умеренный климат для жизни.
Однако ученые не могут напрямую представить скалистые планеты, похожие на Землю, вблизи своих звезд. Вместо этого они должны собрать воедино различные подсказки, такие как колебания освещенности при движении планеты вокруг своей звезды-хозяина.
В исследовании ученые использовали метод, который был предложен в 2019 году в сотрудничестве с Бином и Меган Мэнсфилд (21-летняя доктор философии, в настоящее время работает в Университете Аризоны), для поиска атмосфер. Этот подход использует разницу в температуре между экзопланетой, измеренной в момент ее наибольшей температуры, и расчетной температурой того, насколько горячей она теоретически может быть.
Поскольку атмосферы рассеивают тепло по всей поверхности планет, они снижают температуру на самой горячей стороне планеты (которая обращена непосредственно к звезде). Ученые выдвинули гипотезу, что если фактическая температура экзопланеты не так высока, как могла бы быть теоретически, то мы можем предположить, что у нее есть атмосфера, выполняющая эту функцию.
Однако проблема заключалась в том, что у нас не было достаточно точных приборов, чтобы обеспечить достаточно точные показания для этих температур. Космический телескоп Джеймса Уэбба изменил это — он обладает повышенной способностью видеть в инфракрасном диапазоне, что позволяет ученым регистрировать температуру планет, измеряя интенсивность излучаемой ими энергии.
Когда экзопланеты пересекаются перед своими солнцами, они частично заслоняют свет звезды, что приводит к небольшому уменьшению измеренной яркости звезды. Когда планета появляется почти позади звезды относительно наших наблюдательных приборов, мы можем зафиксировать максимальную яркость системы, то есть незаметную звезду в сочетании со сравнительно минимальным количеством света, излучаемого планетой.
Когда планета проходит за звездой относительно нашего поля зрения, мы можем зафиксировать свет, излучаемый звездой самостоятельно. Вычитая это измерение освещенности из измерения освещенности звезды в сочетании со светом планеты, можно определить яркость — и, следовательно, температуру — планеты как таковой.
Таким образом, Сюэ пришла к выводу, что первая планета, к которой она применила новый метод, планета GJ1132 b, не имеет атмосферы — измеренная температура планеты слишком близка к расчетной максимальной температуре, чтобы можно было предположить наличие какого-либо терморегулирующего компонента на планете. "Таким образом, это неподходящий кандидат для жизни", - сказала она.
Новый метод - не единственный способ определить, есть ли у экзопланеты атмосфера или нет, но это более простой и надежный способ поиска отдаленных планет с атмосферой. Сюэ объяснил, что он менее подвержен ложноотрицательным и положительным результатам, чем другой метод.
"Этот другой метод, который измеряет свет, проходящий через атмосферу планеты, является более сложным, поскольку его можно спутать из-за активности на звезде и наличия облаков", - сказал Бин.
Если ученые смогут понять, что приводит к образованию атмосферы на планетах, им будет легче исключить непригодные для жизни планеты в поисках экзопланет, которые поддерживают жизнь.
"Это исследование было захватывающим, потому что я наконец-то получил возможность поработать со скалистыми планетами, о которых мечтает каждый специалист по экзопланетам, потому что они обладают огромным потенциалом для жизни", - сказал Сюэ. "Теперь я с нетерпением жду, что будет дальше".
