ПОЧЕМУ Я НАПИСАЛИ ЭТО
Планеты за пределами нашей Солнечной системы долгое время существовали только в воображении. Но ученые начинают собирать воедино модели, которые более укоренены в реальности.
Laura Kreidberg никогда не думала, что она будет изучать экзопланеты. Конечно, когда она начала аспирантуру в 2011 году, миры за пределами нашей Солнечной системы были в моде. Космический телескоп НАСА "Кеплер", охотящийся за планетами, был запущен двумя годами ранее, и в него начали поступать сигналы обнаружения.
“Это просто вспышка на сковороде", - вспоминает она. Мы определим несколько планет, вычислим, насколько они велики и как быстро вращаются вокруг своих звезд, и тогда волнение утихнет. Другие их черты останутся в сфере воображения, подумала она. В конце концов, как много можно увидеть с такого расстояния?
Поэтому, когда профессор сказал ей, что он пытается изучать не только экзопланеты, но и их атмосферу, она подумала: “это звучит смешно.- Но она была заинтригована этим вызовом.
Сегодня доктор Крейдберг-научный сотрудник Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики, изучающий – как вы уже догадались-атмосферу экзопланет. “Так что, да, это вполне возможно", - говорит она. “И мы уже многое сделали.”
Только на этой неделе две команды независимо друг от друга сообщили о прорыве: обнаружении водяного пара в атмосфере экзопланеты, вращающейся вокруг красного карлика на расстоянии около 111 световых лет от Земли.
Астрономы и раньше обнаруживали водяной пар в далеких атмосферах. Но K2-18 b-это первая экзопланета, которая также вращается вокруг своей звезды в обитаемой зоне, области вокруг звезды, где не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды – считается ключевым ингредиентом для биологической жизни. Это также одна из самых маленьких планет, для которых ученые смогли сделать такое обнаружение до сих пор.
” Это больше не научная фантастика",-говорит Бьерн Беннеке, исследователь экзопланет в Университете Монреаля и ведущий автор одной из статей, опубликованных на этой неделе. "Самое удивительное в этой эпохе то, что мы сейчас активно этим занимаемся. Мы можем пойти и исследовать каждую планету самостоятельно и посмотреть, что там происходит.”
С такими прорывами ученые начали фокусировать внимание на некоторых аспектах этих далеких миров, но данные, которые они могут собрать, все еще ограничены. Экзопланеты в значительной степени остаются окутанными тайной, и изучение их требует гибкого ума.
“Это своего рода умственная гимнастика, которую вы должны сделать, чтобы представить планету как реальное место”, - говорит доктор Крейдберг, который не участвовал ни в одном из исследований. "Иногда трудно действительно понять реальность этих планет, которые настолько чужды по сравнению с тем, что мы видели в Солнечной системе, которые так далеки, что мы не можем их увидеть.”
Мерцай, мерцай!
Большинство известных экзопланет слишком далеки, чтобы их можно было увидеть напрямую, даже с помощью самых мощных космических телескопов. Поэтому астрономы обычно используют косвенный подход, известный как метод транзита. Когда орбитальная планета проходит перед своей звездой, свет звезды слегка тускнеет. Представьте себе, как комар проходит мимо уличного фонаря с расстояния в милю или около того, объясняет Ханна Уэйкфорд, исследователь экзопланет в Институте космических телескопов в Балтиморе, штат Мэриленд, который не участвовал ни в одном из исследований. Тусклый звездный свет через равные промежутки времени говорит о том, что звезда находится на орбите планеты. Но как можно что – то сказать о планете – не говоря уже о ее атмосфере-по таким тонким признакам? По иронии судьбы, именно прозрачность атмосферы позволяет ученым обнаружить ее. Когда свет проходит через газ, некоторые длины волн поглощаются. Ученые могут посмотреть на спектры света, чтобы определить, что находится в атмосфере.
"Атмосфера-это действительно единственная доступная особенность, которую мы можем наблюдать для экзопланет, которая даст нам любую информацию об их составе”, - говорит Лаура Шефер, исследователь экзопланет в Стэнфордском университете, который не был частью ни одного исследования. А это, в свою очередь, потенциально может выявить состояние поверхности, обитаемость или даже, возможно, обитаемость планеты.
Много вопросов крутится вокруг K2-18 b. большой, который все хотят знать – может ли что-нибудь жить там? - это все еще без ответа. Хотя водяной пар в атмосфере планеты в обитаемой зоне ее звезды является хорошим знаком, исследователи не знают, действительно ли K2-18 b имеет жидкую воду или какие-либо другие характеристики, которые считаются необходимыми для жизни, как мы ее знаем.
Об этих объявлениях
Однако одна из исследовательских групп обнаружила, что в вероятной модели K2-18 b в атмосфере могут образовываться дождевые облака с жидкой водой. Этот сценарий открывает возможность существования своего рода водного цикла, объясняет доктор Беннеке, ведущий автор исследования. Но, по его словам, этот дождь – если он существует – вероятно, не достигнет какой-либо поверхности, потому что атмосфера настолько плотная.K2-18 b проливает свет на загадку экзопланеты, над которой ломают голову ученые. Многие экзопланеты, обнаруженные до сих пор, похоже, не очень похожи на что-либо в нашей Солнечной системе, поэтому у ученых нет модели, чтобы использовать ее, чтобы выяснить, как они могут выглядеть. K2-18 b сидит в том же самом не очень сладком месте. Почти в два раза больше Земли и почти в девять раз массивнее, K2-18 b находится в категории где-то между Землей, самой большой скалистой планетой нашей Солнечной системы, и Нептуном, нашим самым маленьким газовым гигантом. Но это удивительно большой разрыв.Что это такое? Доктор Беннеке говорит, что на самом деле это своего рода гибридная планета с каменистым ядром и обширной оболочкой из водорода. Но внешние ученые, такие как Доктор Крейдберг, указывают, что весь этот водородный газ, вероятно, сделает его более похожим на Нептун, с более высокими давлениями глубоко в его атмосфере, возможно, создав слой жидкого водорода над любой скалистой поверхностью.
Тем не менее, новые данные об атмосфере K2-18 b-это “определенно веха”, - говорит Сара Сигер, астрофизик и планетолог из Массачусетского технологического института, который не является автором ни одной статьи. “Это шаг в правильном направлении, потому что мы должны увидеть атмосферу в надежде, что атмосфера поможет нам сказать, что это за планеты.”
"Видеть - значит верить’
Нелегко раздвигать границы открытий. Просто спросите доктора Сигера. Сегодня она является заместителем директора по науке новейшего космического телескопа NASA exoplanet-hunting, транзитного спутника наблюдения экзопланет, или TESS, который был запущен в апреле 2018 года. Но два десятилетия назад ее исследования не были так легко приняты. Многие ученые скептически относились к тому, что экзопланеты вообще можно обнаружить, не говоря уже о том, что кто-то может изучать их атмосферу. Вместо этого они предположили, что, возможно, изменчивость звезды вызвала ее тусклость, а не прохождение планеты.
“На самом деле было немного неловко, что даже люди в моем диссертационном комитете сомневались в жизнеспособности этой области”, - говорит доктор Сигер. Ее спросили, почему она помещает облака в модели атмосфер, когда атмосферы экзопланет даже не обнаруживаются. Доктор Сигер получила степень доктора философии в 1999 году, но, по ее словам, “сегодня есть целые кандидатские диссертации по облакам в атмосфере экзопланет.” "Что изменилось, так это то, что мы получили данные”, - говорит доктор Сигер. - Видеть - значит верить.”
