За последние три десятилетия астрономы обнаружили уже тысячи экзопланет — миров, обращающихся вокруг других звёзд. Среди них встречаются гиганты, превосходящие Юпитер, каменистые планеты, похожие на Землю, и объекты, не имеющие аналогов в Солнечной системе. Однако чем больше становится каталог открытых планет, тем больше возникает новых вопросов. Один из самых важных связан с их атмосферами.
Почему одни планеты сохраняют плотные газовые оболочки на протяжении миллиардов лет, а другие практически полностью их теряют? От ответа зависит понимание того, какие миры способны оставаться пригодными для существования жизни, а какие превращаются в безжизненные каменистые объекты.
Именно для решения этой задачи разрабатывается необычная обсерватория под названием Nautilus. Вместо строительства одного гигантского телескопа учёные предлагают объединить множество относительно небольших инструментов в единую систему, которая сможет исследовать атмосферы экзопланет с беспрецедентной эффективностью.
Почему атмосфера играет решающую роль
Атмосфера определяет многие свойства планеты.
Она влияет на:
- температуру поверхности;
- циркуляцию тепла;
- химический состав окружающей среды;
- защиту от космического излучения;
- существование жидкой воды;
- возможность возникновения и поддержания жизни.
Даже небольшие изменения состава атмосферы способны полностью изменить условия на поверхности планеты.
Поэтому её изучение считается одним из важнейших направлений современной астрономии.
Загадка исчезающих атмосфер
Наблюдения показывают, что далеко не все планеты сохраняют свои газовые оболочки.
Особенно часто это происходит у миров, расположенных близко к своим звёздам.
Под действием интенсивного излучения верхние слои атмосферы постепенно нагреваются и начинают покидать планету.
Этот процесс называется атмосферным уносом.
По мнению исследователей, именно он объясняет, почему многие экзопланеты оказываются значительно меньше или плотнее, чем ожидалось.
Однако скорость подобных процессов пока известна лишь приблизительно.
Почему существующих наблюдений недостаточно
Сегодня астрономы уже умеют исследовать атмосферы некоторых экзопланет.
Наиболее распространённым методом является наблюдение прохождения планеты по диску своей звезды.
Когда планета проходит перед светилом, небольшая часть звёздного света проходит через её атмосферу.
Различные газы поглощают свет определённых длин волн.
Изучая эти изменения, исследователи могут определить химический состав атмосферы.
Однако подобные сигналы чрезвычайно слабы.
Для получения качественных данных необходимы очень чувствительные телескопы.
Почему не строят ещё один гигантский телескоп
Создание зеркал диаметром более тридцати метров становится всё более сложной инженерной задачей.
Каждый дополнительный метр значительно увеличивает:
- стоимость проекта;
- массу конструкции;
- сложность транспортировки;
- требования к точности изготовления;
- сроки строительства.
Авторы проекта Nautilus предлагают совершенно иной подход.
Вместо одного огромного зеркала они хотят использовать большое количество одинаковых сравнительно недорогих телескопов.
Как устроен Nautilus
Концепция напоминает работу большого хора вместо одного очень громкого исполнителя.
Каждый телескоп собирает часть света.
Затем информация объединяется в единый массив данных.
В результате система начинает работать так, словно представляет собой значительно более мощную обсерваторию.
Главной особенностью Nautilus станет использование множества лёгких объективов нового типа, позволяющих существенно снизить стоимость всей конструкции.
Такой подход делает возможным создание очень большой собирающей площади без необходимости строить одно гигантское зеркало.
Чем необычны объективы проекта
Традиционные астрономические телескопы используют массивные зеркала или толстые линзы.
В Nautilus планируется применять так называемые дифракционные объективы.
Они значительно легче обычной оптики.
При этом их изготовление обходится дешевле.
Меньшая масса означает:
- более простое производство;
- облегчённую транспортировку;
- снижение стоимости монтажа;
- возможность масштабирования системы.
Именно благодаря этому удаётся объединить большое количество телескопов в единую сеть.
Главная задача — наблюдение большого количества планет
Сегодня многие исследования атмосфер ограничиваются лишь несколькими наиболее удобными объектами.
Nautilus должен изменить ситуацию.
Благодаря высокой светосиле система сможет регулярно исследовать значительно больше экзопланет.
Это позволит собрать обширную статистику и сравнить между собой планеты различных типов:
- горячие газовые гиганты;
- суперземли;
- мининептуны;
- каменистые миры.
Именно массовые наблюдения помогут понять, какие факторы сильнее всего влияют на сохранение атмосферы.
Почему молодые звёзды особенно опасны
Одной из главных причин потери атмосферы считается активность звезды.
В первые сотни миллионов лет своего существования многие звёзды испускают значительно больше:
- ультрафиолетового излучения;
- рентгеновских лучей;
- потоков заряженных частиц.
Под их воздействием атмосфера постепенно нагревается.
Если гравитация планеты недостаточно сильна, часть газа начинает покидать её навсегда.
Со временем это может полностью изменить внешний вид и внутреннюю структуру планеты.
Какие вещества будут искать астрономы
Особое внимание планируется уделять наиболее распространённым компонентам атмосфер.
Среди них:
- водяной пар;
- углекислый газ;
- метан;
- водород;
- гелий;
- различные кислородсодержащие соединения.
Их присутствие позволяет судить не только о составе атмосферы, но и о происходящих внутри неё физических и химических процессах.
Почему это важно для поиска жизни
Одной из главных целей современной экзопланетной астрономии остаётся поиск потенциально обитаемых миров.
Однако наличие подходящей температуры ещё не означает пригодность планеты для жизни.
Без устойчивой атмосферы поверхность может подвергаться разрушительному воздействию радиации, испытывать резкие перепады температуры и быстро терять воду.
Поэтому понимание механизмов формирования и сохранения атмосфер становится необходимым этапом в поиске миров, похожих на Землю.
Nautilus будет работать вместе с другими обсерваториями
Новая система не заменит уже существующие телескопы.
Напротив, она станет частью большой международной сети наблюдений.
Предварительные открытия смогут выполнять космические телескопы и широкоугольные обзоры неба.
После этого Nautilus проведёт детальные спектральные наблюдения наиболее интересных объектов.
Такое распределение задач позволит значительно повысить эффективность исследований.
Почему проект может изменить изучение экзопланет
Главная ценность Nautilus заключается не только в новой конструкции.
Он предлагает совершенно иной подход к организации астрономических наблюдений.
Вместо строительства всё более крупных одиночных инструментов исследователи делают ставку на объединение большого числа относительно простых телескопов.
Если концепция подтвердит свою эффективность, подобные массивы смогут использоваться и для других направлений современной астрономии.
Новый этап в исследовании далёких миров
Сегодня астрономы уже умеют находить тысячи экзопланет, однако их атмосферы по-прежнему остаются одной из самых малоизученных областей планетологии. Именно атмосфера определяет климат, химическую эволюцию и потенциальную пригодность планеты для жизни.
Проект Nautilus призван существенно расширить возможности наблюдений, позволив исследовать значительно больше экзопланет, чем это возможно сейчас. Чем лучше учёные поймут причины потери атмосфер, тем точнее смогут оценивать эволюцию далёких миров и вероятность существования среди них планет, действительно напоминающих Землю.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
