Затмения нет, атмосфера есть

Опубликовано Июн 28, 2012 в Новости

Экзопланета звезды тау Волопаса - одна из первых открытых землянами в 1996 году

 Наблюдения далеких планет с Земли может быть не менее эффективным, чем с помощью космических телескопов: голландским астрономам удалось изучить атмосферу и орбиту классической экзопланеты, пользуясь только «наземными» данными. Изящная методика открывает новые горизонты в исследовании экзопланет, которые не могут похвастаться наличием затмения родительской звезды, считавшемся ранее необходимым условием для наблюдения атмосферы планеты.

Планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы, получили название экзопланет («внепланет») или внесолнечных планет. В настоящее время их известно не так уж и мало – 778. В целом, согласно приблизительным оценкам ученых, на самом деле, в одном только Млечном пути существует как минимум 160 млрд планет, связанных со звездами, а счёт «свободных» планетоподобных тел идёт уже на триллионы.

Однако большинство известных в настоящее время экзопланет – планеты-гиганты типа Юпитера и Нептуна. Причиной этого отчасти является тот факт, что большие планеты легче обнаружить, однако предполагается, что число планет, массы которых сравнимы с массой Земли, на самом деле превышает число планет-гигантов во Вселенной. Любая планета является крайне слабым источником света по сравнению со звездой, вокруг которой она обращается. Помимо трудностей, связанных с обнаружением столь слабого источника излучения, свет от родительской звезды вызывает на экзопланете блики, затрудняющие её наблюдение. По этим причинам возможность непосредственного наблюдения имеется менее чем у 5% внесолнечных планет.

Поэтому большая часть экзопланет была открыта с помощью других, косвенных методов наблюдения. Наиболее эффективным из них является наблюдение прохождения планеты по диску родительской звезды – «транзит» – подобно тому, что наблюдали земляне 6 июня при прохождении Венеры по диску Солнца. Для транзитных планет во время такого «затмения» ученым удается более точно определять размеры и характеристики орбиты, а также изучать атмосферу.

Маттео Броги, Игнас Шнеллен и Джейн Биркби из Лейденской обсерватории (Нидерланды) совместно с группой учёных из Массачуссетского Технологического института (США), Института космических исследований (Нидерланды) и Университета города Торонто (Канада) исследовали экзопланету, обращающуюся воруг горячей звезды тау в созвездии Волопаса (тау Волопаса). Это одна из самых ярких и самых близко расположенных к Солнечной системе экзопланет, однак из первых обнаруженных экзопланет вообще. а её орбитальный период составляет всего несколько дней. Их работу публикует журнал Nature.

Несмотря на то, что эта планета не является транзитной, астрономам удалось надежно определить параметры ее орбиты и даже изучить атмосферу.

Схематическое изображение планетарной системы звезды тау Волопаса. Участки орбиты, которые наблюдали учёные в апреле 2011 г., показаны сплошными линиями. Также обозначены начальные и конечные положения экзопланеты в каждую из трёх ночей. Стрелка указывает направление на земного наблюдателя. Орбиты планеты и звезды нарисованы приблизительно в одном масштабе, а размер экзопланеты, для повышения наглядности рисунка, увеличен в три раза//Brogi et al

Наблюдения проводились в интервале длин волн от 2287,5 до 2345,4 нм с помощью спектрографа, расположенного на Очень большом телескопе (VLT, The Very Large Telescope) в течение трёх ночей в апреле 2011 году и покрыли заметный участок планетарной орбиты (см. рисунок выше). VLT принадлежит Европейской южной обсерватории (ESO) и располагается в предгорьях Анд на горе Паранал на высоте 2600 м. С помощью спектра дневной стороны планеты, которая освещается материнской звездой (светло-серый участок планеты на рисунке), астрономы смогли определить параметры орбиты и массу экзопланеты, не являющейся транзитной.

Учёные определили, что орбита экзопланеты практически круговая, а отношение масс звезды и планеты планетарной системы тау Волопаса составляет 235,8, причём масса звезды равна 1,34 солнечной массы, а масса планеты – 5,95 масс Юпитера. Используя найденное отношение масс и полученное значение орбитального периода экзопланеты, с помощью третьего закона Кеплера астрономами была получена скорость движения планеты по орбите: она оказалась равной 157 км/с (или 565 км/ч, что приблизительно в 2 раза меньше, чем скорость звука в воздухе в сухую ясную погоду). Наклонение орбиты i составило 44,5˚.

Также авторы смоделировали спектр атмосферы экзопланеты. Для того, чтобы сравнить его с наблюдательными данными, им пришлось сделать предположения по поводу отношения радиусов звезды и планеты, ведь т.к. экзопланета звезды тау Волопаса не является транзитной, то мы не можем оценить его непосредственно из наблюдений. В результате, исходя из среднего радиуса для 17 известных транзитных планет с массами в интервале от 3 до 9 масс Юпитера, радиус экзопланеты в системе тау Волопаса был принят равным 1,15 радиусов Юпитера, а радиус материнской звезды учёные оценили в 1,46 радиусов Солнца.

Было обнаружено, что у экзопланеты звезды тау Волопаса температура атмосферы уменьшается с увеличение высоты, в то время как у других экзопланет, подверженных интенсивной радиации со стороны горячих родительских звёзд, наблюдается обратный эффект (т.н. температурная инверсия).

Наблюдаемая сильная хромосферная активность в атмосфере родительской звезды позволила предположить, что в атмосфере планеты тау Волопаса соединения, которые отвечают за температурную инверсию, разрушаются под действием ультрафиолетового излучения горячей материнской звезды.

Исследуя планетную систему тау Волопаса с поверхности земли, астрономы смогли корректно решить ещё одну немаловажную задачу: «очистить» спектры звезды и планеты от линий излучения земной атмосферы (т.н. теллурических линий). Поэтому важным результатом проделанной работы, помимо определения параметров планетной системы тау Волопаса, является то, что не только космические исследования, но и спектроскопические наблюдения с поверхности Земли могут быть ценным инструментом для детального анализа структуры, температуры и химического состава атмосфер экзопланет, не являющихся транзитными.

Это открывает большие возможности для изучения огромного числа далёких планетных систем, полноценное исследование которых ранее было невозможно.

ESO (The European South Observatory) – межгосударственное астрономическое учереждение, самое крупное в Европе. В настоящее время она является самой продуктивной астрономической обсерваторией в мире. Штаб-квартира и центр ESO находятся в Германии и Чили, а телескопы расположены в Чили, в трёх местах с уникальным астроклиматом, где воздух настолько сухой, а небо так прозрачно и спокойно, что астрономы имеют возможность получать качественные изображения небесных тел практически круглый год. Европейские коллеги предложили России присоединиться к этой организации, однако идея пока не нашла отклика у отечественных руководителей науки.

Источник: http://www.gazeta.ru/science/2012/06/28_a_4648497.shtml