Виміряно атмосферу планети на відстані 340 світлових років від нас

Міжнародна група вчених вперше безпосередньо виміряла кількість води та монооксиду вуглецю в атмосфері планети в іншій системі, що знаходиться приблизно за 340 світлових роках від нас.

Про це розповідають в Університеті штату Аризона (ASU).

Команду вчених очолив доцент Майкл Лайн зі Школи дослідження Землі та космосу ASU, а результати нещодавно були опубліковані в журналі Nature.

Існують тисячі відомих планет за межами нашої Сонячної системи (так звані екзопланети). Вчені використовують як космічні, так і наземні телескопи для дослідження того, як формуються ці екзопланети та чим вони відрізняються від планет нашої Сонячної системи.

Для цього дослідження Лайн та його команда зосередилися на планеті «WASP-77Ab» – типі екзопланет, які називають «гарячими юпітерами», оскільки вони схожі на Юпітер нашої Сонячної системи, але з температурою понад 1000 градусів за Цельсієм.

Потім вони зосередилися на вимірюванні складу її атмосфери для визначення, які елементи присутні в порівнянні із зорею, навколо якої вона обертається.

«Через свої розміри та температури гарячі юпітери є чудовими лабораторіями для вимірювання атмосферних газів і перевірки наших теорій планетоутворення», — сказав Лайн.

Хоча ми ще не можемо відправити космічні кораблі на планети за межами нашої Сонячної системи, вчені можуть вивчати світло екзопланет за допомогою телескопів. Телескопи, які вони використовують для спостереження за цим світлом, можуть бути або в космосі, як космічний телескоп Хаббл, або з землі, як телескопи обсерваторії Джеміні.

Лайн та його команда активно брали участь у вимірюванні складу атмосфери екзопланет за допомогою Хаббла, але отримати ці вимірювання було складно. Мало того, що існує жорстка конкуренція за час телескопа, прилади Хаббла вимірюють лише воду (або кисень), а команді також потрібно було зібрати вимірювання монооксиду вуглецю (або вуглецю).

Саме тут команда звернулася до телескопа Джеміні-Південь, розташованого в Чилі.

«Нам потрібно було спробувати щось інше, щоб відповісти на наші запитання», — сказав Лайн. «І наш аналіз можливостей Джеміні-Південь показав, що ми можемо отримати надточні атмосферні вимірювання».

Джеміні-Південь — це телескоп діаметром 8,1 метра, розташований на горі в чилійських Андах під назвою Серро-Пачон, де дуже сухе повітря та незначна хмарність роблять його найкращим місцем для телескопа. Ним керує NOIRLab (Національна дослідницька лабораторія оптично-інфрачервоної астрономії) Національного наукового фонду США.

Використовуючи телескоп Джеміні-Південь з інструментом під назвою "Інфрачервоний спектрометр з імерсійною решіткою" (IGRINS), команда спостерігала за тепловим світінням екзопланети, коли вона оберталаься навколо своєї зорі. За допомогою цього приладу вони зібрали інформацію про наявність і відносну кількість різних газів в її атмосфері.

Подібно до метеорологічних та кліматичних супутників, які використовуються для вимірювання кількості водяної пари та вуглекислого газу в атмосфері Землі, вчені можуть використовувати спектрометри та телескопи, такі як IGRINS на Джеміні-Південь, для вимірювання кількості різних газів на інших планетах.

"Спроба з'ясувати склад планетарної атмосфери – це все одно, що намагатися розкрити злочин за допомогою відбитків пальців", - сказав Лайн. "Розмазаний відбиток пальця не сильно звужує кількість підозрюваних, але дуже гарний, чистий відбиток пальця забезпечує унікальний ідентифікатор того, хто вчинив злочин".

Якщо космічний телескоп Хаббл надав команді, можливо, один або два нечіткі відбитки пальців, IGRINS на Джеміні-Південь надав команді повний набір ідеально чітких відбитків.

І завдяки чітким вимірюванням води та монооксиду вуглецю в атмосфері WASP-77Ab команда змогла оцінити відносну кількість кисню та вуглецю в атмосфері екзопланети.

Вимірюючи доплерівський зсув, показаний у правій колонці цього малюнка, вчені можуть реконструювати орбітальну швидкість планети під час її руху у напрямку Землі або від неї. Сила сигналу планети, як показано у середньому стовпці, вздовж очікуваної видимої швидкості (хвиляста пунктирна крива) планети, коли вона обертається навколо зорі, містить інформацію про кількість різних газів в атмосфері. Credit: P. Smith/M. Line/S. Selkirk/ASU

«Ці кількості відповідали нашим очікуванням і приблизно такі ж, як у зорі-власниці», – сказав Лайн.

Отримання надточної кількості газу в атмосферах екзопланет є не тільки важливим технічним досягненням, особливо за допомогою наземного телескопа, це також може допомогти вченим у пошуках життя на інших планетах.

«Ця робота є наочною демонстрацією того, як ми в кінцевому підсумку будемо вимірювати біосигнатурні гази, такі як кисень та метан, у потенційно придатних для життя світах у недалекому майбутньому», — сказав Лайн.

У подальшому Лайн і команда очікують повторити цей аналіз для багатьох планет і зібрати «вибірку» атмосферних вимірювань ще з принаймні 15 планет.

«Зараз ми знаходимося в точці, коли можемо отримати точні дані щодо кількості газу, співставні з даними щодо планет нашої Сонячної системи. Вимірювання кількості вуглецю та кисню (та інших елементів) в атмосферах більшої вибірки екзопланет надає дуже необхідний контекст для розуміння походження та еволюції наших власних газових гігантів, таких як Юпітер і Сатурн», – сказав Лайн.

Вони також з нетерпінням чекають того, що зможуть запропонувати майбутні телескопи.

«Якщо ми можемо зробити це за допомогою сучасних технологій, подумайте, що ми зможемо зробити з перспективними телескопами, такими як гігантський телескоп Магеллана», — сказав Лайн. «Цілком ймовірно, що до кінця цього десятиліття ми зможемо використовувати цей самий метод для винюхування потенційних ознак життя, які також містять вуглець і кисень, на кам’янистих планетах, схожих на Землю за межами нашої Сонячної системи».

Крім ASU, до дослідницької групи входили представники інших вишів США, Великобританії, Нідерландів.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.