Как Джеймс Уэбб заглядывает в атмосферу далеких экзопланет
Мы вступаем в новый период астрономии экзопланет с недавним объявлением о том, что космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил свою первую экзопланету. Уэбб обещает, что он сможет не только обнаруживать экзопланеты, но и изучать их атмосферы , что станет важным шагом вперед в науке об экзопланетах.
Изучение экзопланет чрезвычайно сложно, потому что они, как правило, слишком далеко и слишком малы, чтобы их можно было наблюдать напрямую. Очень редко телескоп может напрямую сфотографировать экзопланету , но в большинстве случаев исследователям приходится делать вывод о наличии планеты, глядя на звезду, вокруг которой она вращается. Существует несколько методов обнаружения планет, основанных на их воздействии на звезду, но одним из наиболее часто используемых является метод транзита, при котором телескоп наблюдает за звездой и ищет очень небольшое падение яркости, которое происходит, когда планета проходит между звезда и мы. Это метод, который Уэбб использовал для обнаружения своей первой экзопланеты, названной LHS 475 b.
Однако главной целью Уэбба является обнаружение атмосфер экзопланет. Исследователям удалось собрать некоторые данные об атмосфере недавно обнаруженной планеты и исключить некоторые возможности, но они пока не могут определить точный состав ее атмосферы. Это потому, что, как бы ни было сложно обнаружить экзопланету, изучение ее атмосферы еще сложнее.
Уэбб делает это с помощью метода, называемого транзитной спектроскопией. Как и при использовании метода транзита для обнаружения экзопланеты, изучение ее атмосферы также зависит от того, проходит ли планета перед своей звездой (так называемый транзит). Когда планета находится перед звездой, небольшое количество света, исходящего от звезды, проходит через атмосферу планеты. Если ученые смогут отточить этот свет и разделить его на разные длины волн, они смогут увидеть, какие длины волн отсутствуют, что указывает на то, какие длины волн были поглощены чем-то в атмосфере. Мы знаем, какие химические вещества поглощают на каких длинах волн, поэтому эта информация может показать, из чего состоит атмосфера.
Однако попытка собрать воедино информацию из спектра пропускания сложна, поскольку процент блокируемого света очень низок, около 0,1% яркости звезды. И имейте в виду, что это звезда, расположенная в 41 световом году от нас. Если вы посмотрите на спектр передачи недавно обнаруженной планеты , показанный ниже, вы увидите точки данных, выделенные белым цветом.
Цветные линии являются возможными моделями атмосферы, и исследователи ищут наиболее подходящую линию. В этом случае вы можете видеть, что метановая атмосфера, показанная зеленым цветом, явно не соответствует действительности, поэтому исследователи узнали, что на планете нет метановой атмосферы. Но у него может не быть атмосферы (показана желтым цветом, помечена как невыразительная) или атмосфера углекислого газа. Данных недостаточно, чтобы сказать окончательно, хотя исследователи планируют провести дополнительные наблюдения с Уэббом позже в этом году, что должно дать им больше данных.
Несмотря на то, что мы пока не можем быть уверены в атмосфере этой экзопланеты, это исследование показывает, как Уэбб сможет когда-нибудь в ближайшее время анализировать атмосферу экзопланеты. «Мы находимся на переднем крае изучения небольших каменистых экзопланет», — заявил в своем заявлении ведущий исследователь Джейкоб Люстиг-Йегер из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. «Мы только начали царапать поверхность того, на что может быть похожа их атмосфера».