Астрономы получили одни из самых убедительных на сегодняшний день доказательств существования магнитных полей у планет за пределами Солнечной системы. Исследование основано на необычном методе наблюдения за погодными процессами в атмосферах далёких миров и позволяет по-новому взглянуть на условия, существующие на экзопланетах.
Открытие имеет большое значение не только для понимания природы самих планет. Магнитные поля считаются одним из важнейших факторов, влияющих на долговременную устойчивость атмосферы и потенциальную обитаемость мира. Именно благодаря магнитному полю Земля защищена от значительной части потока заряженных частиц, поступающих от Солнца.
До сих пор обнаружить магнитное поле у экзопланеты было чрезвычайно сложно. Теперь исследователи нашли новый способ искать подобные признаки даже на объектах, расположенных в десятках и сотнях световых лет от нас.
Почему магнитные поля так важны
Магнитное поле представляет собой невидимую защитную оболочку, окружающую многие планеты.
На Земле оно создаётся движением расплавленного железа во внешнем ядре. В результате формируется магнитосфера — область пространства, взаимодействующая с солнечным ветром.
Солнечный ветер состоит из потока высокоэнергетических заряженных частиц, непрерывно испускаемых нашей звездой.
Когда эти частицы достигают Земли, большая их часть отклоняется магнитным полем. Благодаря этому атмосфера остаётся относительно стабильной, а поверхность планеты защищена от значительной доли космического излучения.
Без подобной защиты история Земли могла бы сложиться совершенно иначе.
Учёные считают, что именно отсутствие мощного магнитного поля стало одной из причин постепенной потери атмосферы Марсом.
Проблема поиска магнитных полей за пределами Солнечной системы
В Солнечной системе наличие магнитных полей можно измерять непосредственно при помощи космических аппаратов.
Для экзопланет такой подход невозможен.
Даже самые близкие из них находятся на расстоянии многих световых лет от Земли. Поэтому астрономам приходится искать косвенные признаки существования магнитосферы.
На протяжении многих лет исследователи пытались обнаружить характерное радиоизлучение, которое должно возникать при взаимодействии магнитного поля с заряженными частицами. Однако результаты оставались неоднозначными.
Новая работа предлагает совершенно иной подход.
Вместо попыток зарегистрировать само магнитное поле учёные решили изучить последствия его взаимодействия с атмосферой планеты.
В центре внимания оказались горячие юпитеры
Исследование проводилось на так называемых горячих юпитерах.
Это газовые гиганты, по размерам сопоставимые с Юпитером, но обращающиеся очень близко к своим звёздам.
Из-за такой близости температура их атмосфер может достигать многих сотен и даже тысяч градусов.
На подобных планетах наблюдаются экстремальные погодные процессы, не имеющие аналогов в Солнечной системе.
Мощные ветры способны переносить огромные массы газа вокруг планеты, формируя сложные атмосферные структуры.
Именно эти процессы помогли астрономам обнаружить новые признаки магнитных полей.
Погода как инструмент исследования планет
Современные телескопы позволяют анализировать состав атмосферы экзопланет по спектру проходящего через неё света.
Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного излучения проходит через атмосферу и несёт информацию о содержащихся в ней веществах.
С помощью таких наблюдений астрономы могут отслеживать распределение различных химических элементов и соединений.
В новом исследовании особое внимание уделялось ионизированным частицам — атомам, потерявшим часть электронов под воздействием высокой температуры.
Именно поведение этих частиц оказалось ключом к разгадке.
Неожиданное движение атмосферы
Модели атмосфер горячих юпитеров предсказывают определённые схемы движения газов под воздействием мощных ветров.
Однако реальные наблюдения показали некоторые отклонения от ожидаемой картины.
Часть атмосферных потоков двигалась иначе, чем должна была согласно обычным гидродинамическим моделям.
Исследователи пришли к выводу, что причиной могут быть магнитные силы.
Когда в атмосфере присутствует большое количество заряженных частиц, магнитное поле начинает влиять на их движение. В результате изменяется общая циркуляция атмосферы.
Подобный эффект давно известен в физике плазмы и наблюдается в различных астрофизических объектах.
Теперь появились убедительные признаки того, что он действует и на экзопланетах.
Магнитное поле оставляет следы в атмосфере
Одним из главных результатов работы стало обнаружение закономерностей, которые трудно объяснить без наличия магнитосферы.
Магнитное поле способно замедлять некоторые атмосферные потоки, перераспределять энергию и изменять структуру движения ионизированного газа.
Наблюдения показали именно такие эффекты.
Хотя речь пока не идёт о прямом измерении магнитного поля, совокупность данных оказалась настолько убедительной, что исследователи рассматривают магнитное влияние как наиболее вероятное объяснение.
Фактически астрономы увидели не само магнитное поле, а его воздействие на окружающую среду планеты.
Почему это открытие имеет большое значение
До настоящего времени магнитные поля экзопланет оставались одной из наименее изученных характеристик.
Массу планеты можно определить по её гравитационному влиянию. Размер — по прохождению перед звездой. Состав атмосферы — по спектральным наблюдениям.
С магнитными полями ситуация была гораздо сложнее.
Новая методика открывает дополнительные возможности для исследований.
Теперь атмосферные наблюдения могут использоваться не только для изучения химического состава и температуры, но и для поиска магнитных характеристик планет.
Это значительно расширяет возможности современной экзопланетологии.
Что это значит для поиска жизни
Хотя исследование касалось горячих газовых гигантов, его значение выходит далеко за пределы этой группы объектов.
Магнитное поле считается одним из факторов, способствующих сохранению атмосферы на протяжении миллиардов лет.
Без атмосферы на поверхности планеты невозможно существование привычных форм жизни.
Кроме того, магнитосфера помогает защищать поверхность от потоков космического излучения и звёздного ветра.
Поэтому при оценке потенциальной обитаемости экзопланет наличие магнитного поля может оказаться не менее важным параметром, чем температура или присутствие воды.
В будущем подобные методы могут применяться для изучения более компактных каменистых миров.
Новая эпоха исследований экзопланет
За последние три десятилетия астрономы обнаружили более пяти тысяч экзопланет.
Если раньше главной задачей было просто найти новые миры, то сегодня учёные стремятся понять их внутреннее устройство, климат, атмосферу и историю развития.
Современные телескопы постепенно превращают экзопланеты из точек на графиках в реальные миры со своими особенностями.
Исследования магнитных полей становятся частью этого процесса.
Каждый новый параметр помогает создавать всё более полную картину условий, существующих на далёких планетах.
Погода помогает раскрывать скрытые свойства планет
Одним из самых интересных аспектов новой работы стало использование атмосферной динамики как инструмента для изучения глубинных свойств планеты.
Фактически астрономы научились получать информацию о невидимых магнитных структурах, наблюдая за движением газов в атмосфере.
Этот подход напоминает методы метеорологии на Земле, где по поведению облаков и воздушных потоков можно судить о глобальных процессах в атмосфере.
Только в данном случае речь идёт о мирах, находящихся за многие световые годы от нас.
Шаг к пониманию далёких миров
Полученные результаты ещё не означают, что магнитные поля обнаружены у всех известных экзопланет. Однако они предоставляют одни из самых сильных доказательств существования магнитосфер за пределами Солнечной системы.
Для современной астрономии это важный этап. Учёные получают новый инструмент для исследования планет, которые невозможно посетить напрямую и даже увидеть как отдельные диски в телескоп.
Чем больше информации удаётся извлечь из света далёких звёзд и атмосфер их планет, тем ближе становится понимание того, насколько разнообразны миры во Вселенной и насколько часто среди них могут встречаться условия, благоприятные для существования жизни.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
Космос постепенно открывается нашему пониманию. Думаю в ближайшем времени будет серьезный скачок.