Мы знаем, что атмосфера Юпитера по большей части состоит из водорода и гелия. У Европы, спутника Юпитера, очень разреженная кислородная атмосфера. HD209458b, экзопланета размером с Юпитер на орбите звезды HD209458, в 154 световых годах от нас и в ее атмосфере есть водород, углерод, кислород, натрий, углекислый газ, метан и даже водяной пар. Эти данные получены даже без реальных образцов атмосферы. Но это и не нужно. Мы можем изучать атмосферу на других планетах, спутниках и экзопланетах просто смотря на них. А точнее, на свет, который отражается или проходит сквозь их газовые оболочки.
Потому что когда свет направлен на газ, молекулы газа поглощают и рассеивают разные частоты света в разном количестве. Если затем взять тот свет, что прошел сквозь газ, и разложить его на составные цвета, используя призму или дифракционную решетку, увидим, что молекулы составляют отпечаток поглощения света или его излучения.
Это водород, это азот, кислород, метан, углекислый газ, вода. Когда мы наблюдаем отражение солнечного света от атмосфер планет и подмечаем скачки определенной высоты и чистоты, то мы можем аккуратно сравнить их с уже известными отпечатками молекул газа и узнать не только из каких газов состоит атмосфера, но даже их относительную распространенность.
В сущности нам даже не нужно смотреть на планету для того, чтобы изучить ее атмосферу. Многие экзопланеты были открыты при прохождении перед материнской звездой, что для нас выглядит как снижение общей яркости света звезды. Но если у экзопланеты есть атмосфера, молекулы газа в ней будут блокировать некоторые частоты сильнее, соответственно их молекулярным отпечаткам, а, значит, мы можем провести такое же сравнение газов, как и ранее. Вот так мы и узнали состав атмосферы HD 209458b. Конечно, на практике использование такого метода для изучения атмосферы вызывает большие затруднения, потому что газовая оболочка тонкая и отпечатки еле заметны, и нам нужны большие чувствительные телескопы и спектрометры.
И потому что атмосферы сложные, а их отпечатки могут быть нечёткими или сложными для сравнения. И потому что разные части одной звезды излучают разные цвета, а значит влияние планеты на спектр звезды зависит от того, перед какой её частью проходит планета. Но все эти сложности могут преодолеть умные астрономы, а значит мы можем изучать атмосферу на планетах, что в сотнях световых лет от нас, где их совсем не видно.