ВизиЯ Наука и технологии В ближайшее время появятся совершенно новые направления астрономических исследований

Как будут исследоваться экзопланеты

Наступает очень захватывающее время для экзопланетных исследований. В связи с постоянным ростом количества и типа экзопланет, несомненно, предстоит многому научиться, и по мере перехода от эпохи обнаружения экзопланет к эпохе, характеризующей их, могут развиваться совершенно новые направления исследований. Например, по аналогии с нашей Солнечной системой вокруг экзопланет должны существовать спутники, и они могут стать потенциальной средой обитания для жизни. Поиск экзоспутников продолжается, но до сих пор они небыли обнаружены.

Многое из того, что мы знаем об экзопланетах, включая экстремальные примеры, такие как потенциальные алмазные планеты и миры лавы, все еще является лишь заманчивыми намеками, которые требуют более детальных и точных измерений, прежде чем что-либо можно будет подтвердить. Космические телескопы CoRoT и Kepler произвели революцию в области экзопланет, и мы с нетерпением ждем захватывающего периода в предстоящем космическом полете. Основываясь на накопленном к настоящему времени опыте, новые миссии были разработаны для обнаружения небольших планет вокруг ярких звезд. Поскольку звезды-хозяева являются яркими, массы обнаруженных планет можно определить по радиальным наблюдениям скорости в наземных обсерваториях - как по массе, так и по размеру, что имеет важное значение для характеристики новых открытий.

TESS

Технология TESS позволит исследовать экзопланеты

В 2018 году НАСА запустило спутник TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) для проведения съемки всего неба с целью мониторинга ярких звезд, во время малых транзитов экзопланет. TESS видит звезды в 30-100 раз ярче, чем Kepler, это означает, что и планеты должны быть намного легче охарактеризованы с помощью последующих наблюдений, выполняемых спутником TESS. Данные последующих наблюдений обеспечат более точные измерения массы, размеров, плотности и свойств атмосферы экзопланет. Планируется, что система TESS будет функционировать в течение двух лет. Атак же, что она отыщет основные цели для дальнейшего, более подробного изучения с помощью будущих крупных наземных и космических телескопов.

CCHEOPS

В 2019 году в рамках партнерства между ЕКА и Швейцарией был запущен европейский спутник "Экзопланет" (CHEOPS), характеризующий спутник "Экзопланет" (CHaracterising ExOPlanets Satellite). Используя технику высокоточной транзитной фотометрии, эта миссия будет изучать известные экзопланеты, которые меньше Сатурна и находятся на орбите близко к ярким звездам.

Исследование экзопланет с открытого воздуха

Ключевой особенностью CHEOPS является его последующий характер выполняемых работ: он будет наблюдать за звездами, известными как носители планет, вместо того, чтобы проводить съемку неба в поисках новых звезд-носителей. Поскольку ученые точно знают, когда и куда направить спутник, чтобы поймать экзопланету, проходящую через диск звезды-хозяина, то они смогут наблюдать многократные планетарные транзиты (видимых прохождений по диску звезды-хозяина. Прим. редактора) для создания высокоточных сигнатур транзита малых планет в диапазоне размеров Земля-Нептун.

Комбинируя точные измерения радиуса экзопланет, полученные с помощью CHEOPS, с существующими данными о их массе, ученые могут определить точную плотность для большого количества планет. Тем самым сделав первые шаги в определении характеристик и состава вещества этих экзопланет.

Понимание истинной природы экзопланет требует не только измерений массы и радиуса, но и изучения их атмосферных свойств. Определив физические размеры атмосферы сверхземель, CHEOPS сможет различать сходные с Землей планеты, где, как мы знаем, может находиться жизнь, а также и другие виды планет земной массы (богатые водородом Земли, океанические планеты), что ставит под сомнение наше нынешнее понимание пригодности для жизни. Таким образом, система CHEOPS станет уникальной «помощницей», для космического телескопа Джеймса Вебба, а также для следующего поколения наземных, чрезвычайно крупных телескопов, способных определять вещество в атмосфере близлежащих экзопланет.

CHEOPS также измеряет кривые блеска для небольшого вида экзопланет, под названием: «горячие Юпитеры», а также определяет механизмы переноса энергии через экзопланетную атмосферу и вокруг нее. Как и в случае любой научной миссии, CHEOPS будет использоваться для решения более обширных научных вопросов. Например таких как поиск фотометрических сигнатур экзоспутников (спутников, вращающихся вокруг экзопланет), колец и Троянов, а также для изучения вопросов, выходящих за рамки экзопланетной науки.

WWEBB

Космический телескоп NASA/ESA/CSA Джеймса Уэбба, запуск которого намечен на 2021 год, предоставит новые возможности для наблюдения за экзопланетами и их атмосферами, которые изменят наши представления о них. Снабженный набором из четырех приборов, работающих в инфракрасном диапазоне, WEBB будет использовать несколько методов для исследования.

Телескоп Джеймса Вебба

Высокочувствительное, спектроскопическое наблюдение транзитов экзопланет, со схожими характеристиками по размеру и массе, откроет новую эру в сравнительной планетологии для экзопланет.

WEBB будет характеризовать атмосферы экзопланет путем регистрации спектров поглощения, отражения и излучения в инфракрасном диапозоне, для планет, охватывающих диапазон размеров, от суперземель до газовых гигантов. Это позволит использовать тот факт, что на этих длинах волн молекулы в атмосферах экзопланет обладают большим количеством спектральных характеристик, предоставляя наблюдателям богатый набор диагностических инструментов, многие из которых недоступны с земли.

WEBB также сможет напрямую снимать некоторые молодые и массивные экзопланеты, вращающиеся на больших расстояниях от их родительской звезды. Три прибора WEBB обладают возможностями высококонтрастной визуализации (в двух случаях это реализовано с использованием коронографа) для минимизации бликов родительской звезды, что улучшает изображение планеты. Наблюдения с несколькими инфракрасными фильтрами предоставят много информации об этих экзопланетах, их свойствах и механизмах образования.

PPLATO

Запуск спутника ЕКА PLATO (PLAnet Transits and Oscillations of Stars) запланирован на 2026 год. PLATO предназначен для обнаружения и определения характеристик большого количества новых экзопланетарных систем путем поиска сотен тысяч ярких звезд, через которых происходят транзиты планет. PLATO будет обладать уникальной способностью находить и определять свойства землеподобных планет, которые вращаются вокруг звезд, сходных с нашим Солнцем, в зоне обитания.

EKA PLATO

Объединив точные измерения радиусов для большого количества экзопланет с соответствующими планетарными массами, полученными в результате наземных наблюдений, ученые смогут исследовать разнообразие существующих планет. Данное исследование, в свою очередь, создаст более объективное мнение о формировании планет. Эти наблюдения также позволят ученым определить основной состав большого количества малых экзопланет, изучить, насколько они похожи на Землю, и изучить их обитаемость.

Воздействие звезды-носителя на планеты, находящиеся на орбите вокруг нее, является важным вопросом, для решения которого будут использоваться данные PLATO. Только понимая свойства звезды-хозяина, такие как звездная активность, тип, металличность (Металли́чность — относительная концентрация элементов тяжелее водорода и гелия в звёздах или иных астрономических объектах. Прим. редактора) и т.д., мы можем понять ее планетарную систему. Впервые PLATO позволит ученым точно рассчитать свойства большого количества звезд с планетами, включая их возраст. С помощью этих данных можно будет изучать изменения, происходящие на планетах со временем, и изучать, как развиваются условия обитаемости.

Большой количество экзопланетных систем, которые будут обнаружены PLATO, также обеспечит данными для изучения архитектуры и эволюции экзопланетных систем путем изучения распределения типов планет - земных или газообразных. Это позволит ученым лучше понять нашу Солнечную систему - является ли ее состав обычным или необычным?

Обнаруживая экзопланеты, вращающиеся вокруг ярких звезд, PLATO станет первопроходцем для последующих миссий, ищущих признаки жизни. Ведь именно эти типы планет являются лучшими кандидатами на проведения последующих, спектроскопических исследований их структуры и состава атмосферы.

ARIEL

Выходя за рамки исследований и углубляя свои познания, проект ЕКА ARIEL (Инфракрасная крупномасштабная съемка экзопланет с помощью дистанционного зондирования атмосферы) позволит провести химическую перепись большого, четко определенного и разнообразного количества экзопланет. Проводя одновременные наблюдения в диапазоне видимых и инфракрасных волн, миссия позволит изучать экзопланеты как в индивидуальном, так и в коллективном порядке.

EKA ASRIEL

ARIEL, запуск которого намечен на 2028 год, предназначен для проведения высокоточных многополосных наблюдений за транзитом, затмением и фазовыми кривыми с одновременным использованием фотометрии в видимом и спектроскопическом диапазонах ближнего инфракрасного диапазона волн. Спутник будет наблюдать и изучать около 1000, преимущественно теплых и горячих, газовых гигантов, «экзонептунов» и «сверхземель», вокруг целого ряда звезд.

ARIEL представит беспрецедентный каталог спектров планет, характеризующих их молекулярное строение, химические градиенты, структуру атмосферы, суточные и сезонные колебания, облачность и альбедо-измерения. Цель миссии - дать действительно репрезентативную картину химической природы изученных экзопланет, а также напрямую связать ее с типом и химическим составом звезд-хозяев, что позволит ученым исследовать природу этих планет, способы их образования и эволюции.

ПРОГНОЗ

С этим набором космических телескопов, которые будут запущены в течение следующего десятилетия, мы можем ожидать приближения к обнаружению «Земли 2.0», в то же время добавляя в «экзопланетную шкатулку» новые, все более странные и неожиданные планеты. Впереди захватывающие времена.

Автор: Александр Войтенко
Дата:
Поделиться с друзьями: