Компьютерра
08.04.2013 - 14.04.2013
Колонка
Исследования атмосфер и климата внесолнечных планет становятся обыденностью
Дмитрий Вибе
Опубликовано 08 апреля 2013
Тут народ всё жалуется, что нет в физике переворотов. Но переворот необязательно должен быть стремительным: утром все проснулись, а на дворе квантовая механика вместо классической. Переворот может быть ползучим: жили-жили, ничего не замечали, а потом оглянулись назад лет на двадцать и обнаружили, что живём в другой эпохе.
А ведь двадцать лет — не такой уж большой срок. Первая внесолнечная планета (у «нормальной» звезды 51 Peg) была открыта всего 18 лет назад. И этого времени оказалось достаточно, чтобы обнаружение планет у других звёзд встало на поток. Правда, значительная часть из почти девяти сотен известных экзопланет остаются пока бестелесными строчками в каталоге. Но техника совершенствуется, данные копятся, и планеты одна за другой из линий на графиках превращаются в живые миры с известными размерами, массой, цветом, температурой, химическим составом, атмосферой.
Казалось бы, для изучения физических свойств планеты её нужно как минимум увидеть. Однако это, во-первых, крайне затруднительно, во-вторых, необязательно. Даже если у вас нет возможности наблюдать планету изолированно, можно постараться вычесть из суммарного излучения «звезда+планета» вклад звезды и получить тем самым вклад планеты. Не забывая, конечно, что даже после такого вычитания вы всё равно видите, в основном, не излучение планеты, а излучение звезды, которое так или иначе изменилось в планетной атмосфере.
Возможность подобного вычитания предоставляют «горячие юпитеры» — планеты-гиганты, вращающиеся вплотную к звезде. Если мы видим такую систему в удачном ракурсе — почти с ребра, в ней периодически происходят затмения звезды планетой и планеты звездой. Когда планета находится «сбоку» от звезды, мы видим не только звёздный диск, но и планету в фазе 0,5, то есть половину дневной и половину ночной стороны (как у Луны в первой и последней четверти). Когда планета заходит за звезду (вторичное затмение), мы видим излучение звезды в чистом виде. Когда планета находится между звездой и наблюдателем (первичное затмение), мы видим ночную сторону планеты, а излучение звезды поступает к нам с некоторыми искажениями, внесёнными планетой и её атмосферой.
Конечно, слово «видим» условно. На самом деле мы видим суммарный спектр системы, меняющийся в зависимости от взаимного расположения звезды и планеты: в нём появляются и исчезают линии, меняется наклон определённых участков. При наличии общих представлений о физике планетных атмосфер из этих изменений можно вытащить параметры экзопланетных газовых оболочек.
Первое подобное исследование было опубликовано в 2002 году. Дэвид Шарбонно с коллегами обнаружили, что линии поглощения натрия в спектре звезды HD 209458 становятся более глубокими в те моменты, когда перед звездой проходит планета HD 209458b. По сути, пройдя стопами Ломоносова, они пришли к выводу, что планета «окружена знатной воздушной атмосферой», в состав которой входит как минимум натрий. Нельзя сказать, чтобы это открытие произвело сильное впечатление на современников: ни наличие атмосферы у планеты-гиганта, ни присутствие в ней натрия нельзя назвать совершенно неожиданными.
Куда интереснее оказалось наблюдение линии поглощения водорода в спектре той же звезды, опубликованное годом позже (и с тех пор неоднократно подтверждённое). Она тоже углубляется при прохождении планеты перед звездой. По величине углубления можно оценить, что водородная атмосфера планеты имеет гигантский размер, в несколько раз превышающий размер планеты (а сама планета чуть ли не в полтора раза крупнее Юпитера). На таких расстояниях планета удерживать атмосферу не может, значит, мы наблюдаем не просто атмосферу, а её внешний испаряющийся слой, точнее, испаряющийся хвост, который тянется за планетой.
Протяжённую срывающуюся с планеты водородную атмосферу тоже нельзя назвать сильной неожиданностью. Обширная водородная экзосфера есть даже у Земли, и, кстати сказать, она мешает наблюдать экзосферы внесолнечных планет на орбитальном телескопе им. Хаббла. Что уж говорить о планете, которая летает в нескольких миллионах километров от звезды и разогревается её излучением до тысяч градусов. Тем не менее это стало первым указанием на то, что мы в состоянии наблюдать не просто экзопланетные атмосферы, но происходящие в них процессы.