Цифровой журнал «Компьютерра» № 168

Важным этапом в исследованиях атмосфер иных планет стал запуск космического телескопа им. Спитцера. Инфракрасный (ИК) диапазон вообще более удобен для наблюдения экзопланет, чем оптический, поскольку в ИК яркость звезды спадает, а яркость планеты, напротив, увеличивается (за счёт собственного теплового излучения). Поэтому менее критической становится главная проблема экзопланетных исследований — грандиозный контраст между звездой и планетой.

Одно из пионерских исследований экзопланетных атмосфер в ИК-диапазоне было опубликовано в 2007 году Хизер Кнатсон и её коллегами. Они наблюдали другую популярную затменную систему «звезда-планета» — HD 189733 и смогли оценить разницу дневной и ночной температур «горячего юпитера» HD 189733b. Предполагается, что у таких планет суточное и орбитальное вращение синхронизованы: планета всегда повёрнута к звезде одной стороной. Поэтому можно ожидать, что дневная сторона будет существенно горячее ночной. У HD 189733b это оказалось не так: температура на подзвёздной стороне составляет примерно 1210 К, а на противоположной — 970 К. Это означает, что планету опоясывают сильные зональные ветры, подобные ветрам на планетах-гигантах Солнечной системы, которые эффективно переносят тепло со светлой стороны планеты на тёмную.

Наблюдения в ИК-диапазоне позволяют исследовать не только атомарный, но и молекулярный состав экзопланетных атмосфер. Причём, как показали последние работы, затмения здесь необязательны. Достаточно, чтобы плоскость орбиты располагалась под небольшим углом к лучу зрения, позволяя поочерёдно наблюдать дневную и ночную стороны планеты. Недавно объектом такого исследования стала планета 51 Peg b. В октябре 2010 года на телескопе VLT «Анту» (Европейская южная обсерватория, Чили) было проведено три сеанса её наблюдений, и в двух из них (16 и 17 октября) в ИК-спектре были уверенно обнаружены полосы поглощения воды и оксида углерода. А на третью ночь (25 октября) полосы пропали! Авторы не исключают, что ими наблюдалось некое погодное явление в атмосфере 51 Peg b. Тут-то бы и начать следить за ней пристально, но увы, конкуренция за наблюдательное время пока не позволила это сделать.

Это всё близкие к звёздам, но далёкие от реалий Солнечной системы «горячие юпитеры». Можно ли что-то сказать об атмосферах планет, которые больше походили бы на наш Юпитер? Можно! Наибольший интерес привлекает сейчас система звезды HR8799. В ней обнаружено четыре планеты-гиганта, причём все они наблюдаются непосредственно, поэтому для них можно получать прямые спектры. Правда, все они крупнее Юпитера, в несколько раз массивнее его и, несмотря на значительное удаление от звезды (от 14 до 68 а.е.), довольно горячи, с температурами порядка 1000 К. Система HR8799 молода; её возраст не превышает нескольких десятков миллионов лет, поэтому планеты ещё не успели растерять тепло, накопленное в процессе формирования.

В марте 2013 года Б. Оппенхаймер и его коллеги представили результаты ИК-спектроскопии всех четырёх планет системы, выполненные при помощи знаменитого пятиметрового телескопа Паломарской обсерватории. Содержание молекул в их атмосферах оказалось различным, причём во всех четырёх. В планете b есть аммиак, ацетилен и углекислый газ, но нет метана, в планете c наблюдаются аммиак и, может быть, ацетилен, но нет ни CO₂, ни метана. В планете d есть всё, кроме аммиака, а планета e богата метаном и ацетиленом, но не аммиаком и углекислым газом. Такое разнообразие удивительно, поскольку планеты в целом не особенно отличаются друг от друга ни по массе, ни по размерам, ни по температуре. Возможно, мы просто наблюдаем их в различных климатических обстоятельствах, например в разные времена года?

В общем, как-то незаметно мы пришли к ситуации, когда климат и химический состав атмосфер внесолнечных планет становятся предметом будничного исследования. Интересно, что фантасты, кажется, ничего подобного не предсказывали. Их герои узнавали о погоде на планете, лишь подлетев к ней вплотную. Даже самым смелым писателям не приходила в голову мысль, что о ней можно узнать, не отрываясь от Земли.

К оглавлению

Что делать, когда патриот пролетит над гнездом кукушки? Сергей Голубицкий

Опубликовано 12 апреля 2013