Магнитное поле защищает атмосферу планеты от солнечного ветра, стабилизирует климат и даже может влиять на погодные процессы — например, известна роль магнитных полей в гигантских штормах на Юпитере. Без мощного магнитного поля планета может превратиться в пустыню, как это произошло с Марсом. Однако пока что наше понимание связанных с ним процессов ограничено восемью планетами Солнечной системы. Новое исследование меняет существующее положение и позволяет сделать шаг к изучению магнитных полей экзопланет.
Группа ученых из Европы, США, Индии и ОАЭ разработала подходы, которые позволят обнаруживать и анализировать магнитные поля планет за пределами Солнечной системы. Основных методов два: прямой и косвенный. Прямой метод предполагает изучение взаимодействия света с магнитными полями через так называемые эффекты Ханле и Зеемана. Косвенный — анализ «горячих точек» в атмосфере звезды-хозяина, которые возникают на почве взаимодействия ее магнитного поля с полем планеты.
Прямое наблюдение основывается на регистрации фотонов, которые проходят через атмосферу экзопланеты в момент ее транзита перед звездой. Это популярный способ выявления самих экзопланет, то есть, накопленные данные можно использовать повторно. Эффект Ханле возникает, когда свет изменяется под действием магнитного поля, особенно если оно ориентировано перпендикулярно линии обзора. Поляризованный свет поглощается атомами гелия, формируя четкую спектральную линию на длине волны 1083 нанометра — так называемый триплет гелия. Особенность этого эффекта в том, что он чувствителен даже к слабым магнитным полям, что позволяет изучать объекты с полями слабее земного.
Эффект Зеемана, в свою очередь, работает с круговой поляризацией света. Он позволяет фиксировать магнитные поля, направленные вдоль линии обзора. Комбинируя оба эффекта, ученые могут получить максимальную картину магнитной конфигурации экзопланеты: как по силе, так и по направлению. К тому же оба метода основаны на дифференциальных измерениях, что позволяет исключить фоновое излучение самой звезды. Однако такая методика требует, чтобы планета была достаточно крупной и находилась близко к своей звезде, ведь только в этом случае сквозь атмосферу проходит достаточное количество фотонов.
Косвенный метод тоже требует близкого расположения планеты к звезде, но по другой причине. Здесь ученые ищут локальные участки повышения температуры — горячие точки в атмосфере звезды, которые возникают из-за взаимодействия ее магнитного поля с полем экзопланеты. При этом размеры самой планеты не имеют большого значения, главное — чтобы она находилась внутри так называемой альфвеновской поверхности звезды — области, где магнитное взаимодействие наиболее активно. Для нашего Солнца эта граница располагается на расстоянии от 10 до 20 солнечных радиусов, и даже Меркурий находится за ее пределами. Но большинство известных экзопланет вращаются очень близко к своим звездам, так что условия для наблюдений вполне благоприятны.
Авторы работы возлагают большие надежды на будущие миссии, такие как Habitable Worlds Observatory, запуск которого ожидается не ранее чем через 15 лет. Этот телескоп сможет собрать детализированные данные, необходимые для анализа столь тонких эффектов. До тех пор ученым остается работать с сильными полями и наиболее близкими к звездам планетами, используя потенциал уже действующих обсерваторий.
Ранее ученые нашли экзопланету размером с Землю, которая буквально состоит из кипящей лавы.