Астрономы постоянно исследуют небеса на неожиданность. Они готовы принять новые идеи, которые могут заменить мудрость прошлых лет.
Но есть одно исключение из правила: поиск Земли 2.0. Здесь мы не хотим находить неожиданное, но ожидаемое. Мы хотим найти планету, настолько похожую на нашу, что мы можем назвать ее дома.
В то время как мы не можем точно изобразить эти планеты с достаточно большой детализацией, чтобы увидеть, является ли это водный мир с сочными зелеными растениями и цивилизациями, мы можем использовать косвенные методы, чтобы найти «подобную Земле» планету - планету с подобной массой и радиус до Земли.
Есть только одна проблема: современные методы измерения массы экзопланеты ограничены. На сегодняшний день астрономы измеряют радиальную скорость - крошечные колебания на орбите звезды, поскольку она притягивается гравитационным притяжением ее экзопланеты - чтобы получить отношение массы планеты к звезде.
Но, учитывая, что большинство экзопланет обнаруживаются с помощью их транзитного сигнала - падения света, когда планета проходит перед звездой-хозяином - разве не было бы замечательно, если бы мы могли измерить ее массу, основываясь только на этом методе? Ну, астрономы в MIT нашли способ.
Аспирант Жюльен де Вит и сотрудник MacArthur Сара Сигер разработали новую методику определения массы, используя только транзитный сигнал экзопланеты. Когда планета проходит, свет звезды проходит через тонкий слой атмосферы планеты, который поглощает определенные длины волн света звезды. Как только звездный свет достигнет Земли, на нем будут отпечатаны химические отпечатки состава атмосферы.
Так называемый спектр пропускания позволяет астрономам изучать атмосферу этих инопланетных миров.
Но вот ключ: более массивная планета может удержаться в более плотной атмосфере. Таким образом, теоретически, масса планеты может быть измерена на основе атмосферы или только спектра пропускания.
Конечно, нет корреляции один к одному, иначе мы бы поняли это давно. Степень атмосферы также зависит от ее температуры и веса ее молекул. Водород настолько легкий, что легче уходит из атмосферы, чем, скажем, кислород.
Таким образом, де Вит работал из стандартного уравнения, описывающего высоту шкалы - вертикальное расстояние, на которое уменьшается давление атмосферы. Степень снижения давления зависит от температуры планеты, гравитационной силы планеты (а. К. Массы) и плотности атмосферы.
Согласно основной алгебре: знание любых трех из этих параметров позволит нам решить для четвертого. Поэтому гравитационная сила или масса планеты может быть получена из ее температуры атмосферы, профиля давления и плотности - параметров, которые могут быть получены только в одном спектре пропускания.
С теоретической работой, стоящей за ними, Де Вит и Сигер использовали горячий Jupiter HD 189733b, с уже устоявшейся массой, в качестве примера. Их расчеты показали то же самое измерение массы (в 1,15 раза больше массы Юпитера), что и измерение радиальной скорости.
Этот новый метод сможет характеризовать массу экзопланет на основе только их транзитных данных. В то время как горячие Юпитеры остаются главной целью для новой техники, де Вит и Сигер стремятся описать подобные Земле планеты в ближайшем будущем. С запуском космического телескопа Джеймса Вебба, запланированного на 2018 год, астрономы смогут получить массу гораздо меньших миров.
Эта статья была опубликована в журнале Science и теперь доступна для скачивания в гораздо более подробной форме здесь.
