През последните няколко десетилетия броят на откритите и потвърдени извън слънчеви планети нараства експоненциално. Понастоящем съществуването на 3 778 екзопланети е потвърдено в 2818 планетарни системи, като допълнителни 2737 кандидати очакват потвърждение. С този обем планети, достъпни за изследване, фокусът на изследванията на екзопланетите започна да се измества от откриване към характеризиране.
Например, учените са все по-заинтересовани да характеризират атмосферата на екзопланети, така че да могат с увереност да кажат, че имат подходящите съставки за живот (т.е. азот, въглероден диоксид и т.н.). За съжаление, използването на съвременни методи е много трудно. Според ново проучване на международен екип от астрономи, инструментите от ново поколение, които разчитат на директни изображения, ще бъдат смяна на играта.
Изследването „Директно изображение в отразена светлина: характеризиране на по-стари, умерени екзопланети с 30-метрови телескопи“, наскоро се появи онлайн. Изследването беше ръководено от Майкъл Фицджералд и Бен Мазин - доцент по астрофизика в Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA) и катедра Уорстър по експериментална физика в Калифорнийския университет Санта Барбара (UCSB).
Към тях се присъединиха изследователи от Института за изследвания на екзопланетите на Университета в Монреал (iREX), Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, Обсерваториите в Карнеги, Обсерваторията Стюард, Националната астрономическа обсерватория на Япония, Масачузетския технологичен институт (MIT), Калифорния Технологичен институт (Caltech) и множество университети.
Както посочват в своето проучване, нашите способности да характеризираме екзопланети в момента са ограничени. Например, нашите съвременни методи - най-широко използваният метод за измерване на транзит и радиална скорост - доведоха до откриване на хиляди късометражни планети (планети, които обикалят около орбитите си със период от около 10 дни). Въпреки това, чувствителността на тези методи започва да намалява значително, колкото по-далеч екзопланетата е от нейното слънце.
Нещо повече, планетите с дълъг период също са до голяма степен недостъпни, що се отнася до техните спектри. Този тип анализ включва измерване на светлината, която преминава през атмосферата на планетата, докато тя преминава от нейната звезда. Чрез измерване на спектрите му, за да определят състава му, учените могат да характеризират атмосферата на екзопланетата и да определят дали планетата в действителност може да бъде обитаема.
За да се справи с това, екипът предполага, че директното откриване (известен още като пряко изображение) ще бъде по-ефективен метод за характеризиране на атмосферата на екзопланети. Както д-р Étienne Artigau, изследовател iREX и съавтор на проучването, обясни пред Space Magazine по имейл (преведен от френски)
„Засега не е открита нито една планета в„ отразена светлина “. Когато видим планетите на нашата Слънчева система, ние можем да ги видим, защото те са осветени от Слънцето. По същия начин планетите на другите звезди отразяват светлината и трябва да е възможно да се открие тази светлина с достатъчно мощен телескоп. Съотношението на потока между планетите и тяхната звезда е огромно, от порядъка на 1 милиард, в сравнение с планетите, открити от тяхната топлинна емисия, или това съотношение е по-скоро от порядъка на 1 милион. "
Понастоящем директното изображение е единственото средство за получаване на спектри на непроходими екзопланети, особено на тези, които се намират на междинни и големи разстояния от своите слънца. В този случай астрономите получават спектри от светлина, отразена от атмосферата на екзопланетата, за да определят нейния състав. Досега са направени изображения само на няколко екзопланети, всички от които са само светещи супер-Юпитери, които обикалят около звездите си на разстояние от стотици или хиляди AU.
Тези планети са били много млади и са имали температура над 500 ° C (932 ° F), което ги прави доста рядък клас планети. В резултат на това астрономите нямат информация за многообразието на атмосферата на екзопланети, особено когато става дума за по-малки скалисти планети, които имат температури, по-близки до тези на Земята - където повърхностните температури са средни около 15 ° C (58,7 ° F).
Това се дължи на факта, че съществуващите телескопи просто нямат чувствителността директно да изобразяват по-малки планети, които орбитат по-близо до звездите. Както те определиха в своето проучване, за характеризиране на атмосферата на планетите, които са в рамките на 5 AU от техните звезди (където проучванията на радиалната скорост са разкрили много планети), ще изисква телескоп с 30-метров отвор, комбиниран с модерна адаптивна оптика, коронаграф и др. набор от спектрометри и изображения.
„Накратко, никой настоящ телескоп не може да открие тези планети, дори около най-близките до нас звезди, но има всички основания да се смята, че следващото поколение телескопи с диаметър 30 m и повече ще могат да го направят“, каза Artiqua. „Не е сигурно, че човек ще може да открие първоначално планети като Земята, но поне една трябва да може да открие планети, сравними с Уран и Нептун, което би било вече превъзходен резултат.“
Такива съоръжения от следващо поколение и приспособителни оптични инструменти включват Планетарните системи за въвеждане на данни (PSI) на телескопа на тридесет метра (TMT), който е предложен за изграждане на Мауна Кеа, Хавай. Има и инструмент GMagAO-X на телескопа Giant Magellan (GMT), който в момента се изгражда в обсерваторията Лас Кампанас и е планиран за завършване през 2025 година.
Както Артигау посочи, проучванията, проведени с тези инструменти от ново поколение, ще позволят на астрономите да открият и характеризират по-широк спектър от планети, както и да позволят да търсят възможни признаци на живот (известни още като биосигнатури), както никога досега:
„Това ще ни позволи директно да изучаваме светлината, идваща от планети, малко по-голяма от Земята (и може би като Земята, ако сме оптимисти). Това е един от най-добрите ни шансове да търсим житейски подписи в тези атмосфери. Дори и да не намерим житейски подпис, това ще даде възможност да се разберат цели класове на планетата, които виждаме индиректно (транзити, радиална скорост), но за които не знаем нищо ... Важността на директните изображения е, че позволява директно сондиране атмосферата и дори повърхността на тези планети. Добавянето на спектрограф с висока разделителна способност също дава представа за ветровете и глобалната циркулация на вятъра, както и за сондиране на наличието на различни молекули. “
Разбира се, все още ще има ограничения за това, което учените могат да научат, използвайки метода за директно изобразяване, дори с тези инструменти и телескопи от следващо поколение на тяхно разположение. Но възможностите и последствията за изследване на екзопланетите не са нищо огромно. За начало астрономите биха могли да получат по-добра представа за демографията на по-малките скалисти планети, които обикалят в орбита в рамките на съответните обитаеми зони на техните звезди.
„Откриването на„ потенциално обитаеми “планети със сигурност е най-вълнуващият случай тук, но е важно да се има предвид, че ще остане доста трудно дори с 30-метровия телескоп“, каза Артигуа. „Когато правим статистически прогнози, трябва да има само няколко (вероятно по-малко от 10) земни планети, които ще бъдат достъпни и ще имат температура, сравнима с нашата.“
В този диапазон от планети Артигау и неговите колеги могат да си представят редица интересни сценарии. Например, някои могат да бъдат подобни на Венера, където плътната атмосфера и сравнително близката орбита водят до бягство на парниковият ефект. Други може да са като Марс, където слънчевият вятър или изригванията са отнели атмосферата на планетите. Отвъд това може да има земни планети, които дори не можем да започнем да си представяме.
„Накратко, обитаемите планети биха могли да имат повече въображение от нас“, заключи д-р Артикау. „Това разнообразие от екзопланети също предполага, че трябва да бъдем внимателни, когато прогнозираме, че ще бъде обитаем.“
„Долната линия е, че можем да направим невероятни неща в проучването на екзопланети от земята с 30-метрови телескопи, но са необходими значителни инвестиции в технологията, за да се подготвим за изграждането на тези инструменти за 30-метрови телескопи“, добави Мазин.
Изследването стана възможно благодарение на допълнителната помощ, оказана от Националния съвет за научни изследвания на Канада (NRC) и корпорацията Giant Magellan Telescope (GMTO).
