Ученые приступили к массовым исследованиям атмосферы экзопланет

Астрономы смогли провести химический анализ атмосферы десяти экзопланет и заодно получить их изображения. Качеством они не блещут, однако еще несколько лет назад такие результаты были попросту невозможны.

Химический анализ любых небесных тел, на которые нельзя высадиться, проводят методом спектроскопии, то есть раскладывая свет в спектр и отыскивая в нем характерные для тех или иных веществ темные полосы. Вместо видимого света часто используют инфракрасное излучение, рентгеновские лучи или вовсе нейтроны, но общий принцип от этого не меняется - нужно поймать излучение от объекта и разложить в спектр. Чем дальше, тем слабее сигнал и тем больше сложностей... но в случае с экзопланетами есть еще одна серьезная помеха.

Все экзопланеты светят только за счет отражения лучей той звезды, вокруг которой они обращаются. А звезда больше планеты в десятки раз, Юпитер на фоне Солнца выглядит вишней рядом с арбузом: долгое время астрономы не могли даже заметить экзопланеты рядом с многократно более яркими звездами. Лишь в 1988 году ученые смогли обнаружить планеты у других звезд, да и то по косвенным признакам - первые снимки экзопланет датируются уже началом нашего столетия.

Первые спектры экзопланет тоже были получены обходными путями, астрономы наблюдали за звездой как раз в тот момент, когда планета проходила на ее фоне, пересекая видимый диск. Ничтожно малая часть света при этом проходила через атмосферу, которая частично меняла его спектр - чувствительность оборудования уже ко второй половине 2000-х годов оказалась достаточной для спектрального анализа такого рода. А так как астрономические приборы все время совершенствуются, то группа американских исследователей решила не просто попробовать поймать отраженный свет от экзопланет напрямую, но и начать проводить такие спектральные исследования в массовом порядке. Это стало одной из целей Проекта 1640, программы по созданию нового, еще более чувствительного спектрографа для обсерватории Калифорнийского технологического университета.

Спектрограф, который был построен в рамках этого проекта, стал, как сообщает Калифорнийский технологический, настоящим шедевром оптического приборостроения. Сам диск звезды при наблюдениях закрывается круглой пластинкой звездного коронографа, специальные камеры одновременно делают 30 снимков в разных цветах, а система адаптивной оптики на лету подстраивает форму используемых в приборе зеркал для компенсации дрожания картинки из-за воздействия земной атмосферы. Расчеты показали, что все эти технологические ухищрения позволят всего за часовой сеанс наблюдений засечь планеты, свет от которых в десять миллионов раз слабее света звезд!

Снимок не очень эффектный - зато это реальный научный кадр, а не красивая картинка, нарисованная художником на основе добытых учеными данных. Авторы: Проект 1640

В рамках Проекта 1640 ученые планируют за три года провести наблюдения 200 звезд в радиусе 150 световых лет от Земли и эта масштабная программа стартовала в июне прошлого года. Сейчас в журнале Astrophysical Journal появилась статья, где рассказано о результатах спектрального анализа газовых гигантов, размерами превосходящими Юпитер: "Эти теплые, красные планеты непохожи ни на один известный объект во Вселенной" - говорит ведущий автор статьи Бен Оппенгеймер, астроном из Американского музея естественной истории. Ученые изучили четыре таких небесных тела и обнаружили, что все они заметно отличаются друг от друга.

Астроном также лишний раз подчеркнул технические сложности. "Представьте себе снимок небоскреба с самолета, по которому вы можете определить разом и высоту здания, и высоту крошечного выступа на тротуаре размером с две бактерии" - говорит он, наглядно иллюстрируя разницу в яркости звезды и планеты. Его коллега и соавтор Линна Хилленбраун из Калифорнийского технологического института добавляет, что новая техника "существенно продвинулась вперед по сравнению с предыдущим методом получения спектров во время прохождения экзопланет по диску звезды". Ученые обнаружили, что экзопланеты нарушают то правило, которое установлено для газовых гигантов в нашей собственной звездной системе: считалось, что аммиак и метан всегда соседствуют друг с другом. Вблизи звезды HR 8799 две планеты имеют разный химический состав, причем на них же впервые удалось засечь ацетилен и углекислый газ - вещества, никогда раньше в атмосфере экзопланет не обнаруживавшиеся. Еще небесные тела оказались слегка красноваты и это, вероятно, указывает на плотные облака: ученые всего за три десятка лет прошли путь от обнаружения планет-гигантов косвенным путем до исследования состава облаков в их атмосфере!