Астрономы всего мира активно ищут следы экзолун — натуральных спутников, вращающихся вокруг экзопланет, то есть планет за пределами нашей Солнечной системы. Такие лунные миры потенциально могут обладать условиями, подходящими для жизни, особенно если они находятся вокруг крупных газовых планет в так называемой обитаемой зоне, где температура позволяет воде существовать в жидком состоянии. Несмотря на то, что ни одна экзолуны пока не подтверждена официально, новое исследование предлагает продвинуть методы их поиска с помощью километровых интерферометрических систем, способных значительно расширить наши возможности по обнаружению подобных объектов.
Почему мы ещё не нашли обитаемые луны
До настоящего времени астрономы не смогли гарантированно обнаружить ни одной экзолун — спутника вокруг планеты в другой звёздной системе — хотя существуют обнадёживающие кандидатуры. Проблема заключается не в том, что такие луны не существуют, а в том, что современные методы наблюдения слишком ограничены.
Традиционный способ поиска экзопланет — транзитный метод, при котором учёные фиксируют падение яркости звезды, когда перед ней проходит планета или луна — хорошо работает для крупных планет. Однако для спутников это требует крайне точного совпадения по ориентации: луна должна проходить перед светилом точно в нужный момент, что происходит очень редко.
Кроме того, транзитный метод лучше всего подходит для планет, расположенных близко к своей материнской звезде, но именно в таких условиях гигантские планеты не всегда способны удерживать крупные луны из-за малой области гравитационного захвата. Эта область вокруг планеты, в пределах которой спутники могут устойчиво вращаться, называется сферой Хилла, и она сужается при приближении планеты к звезде.
Предложение по новому способу обнаружения
Группа исследователей во главе с Томасом Винтерхалдером из Европейской южной обсерватории (ESO) предложила создать километровый интерферометр, существенно более чувствительный, чем современные системы. Интерферометр — это совокупность телескопов, которые работают совместно так, словно они являются одним огромным инструментом. Разнесённые зеркала в такой системе обеспечивают гораздо более высокое пространственное разрешение.
Чтобы обнаружить экзолуну, требуется зафиксировать очень маленькие смещения движения планеты, вызванные гравитационным влиянием спутника на неё. Текущие интерферометры, такие как VLTI (Very Large Telescope Interferometer), могут регистрировать смещения порядка 50 микросекунд дуги, но для надёжного обнаружения даже экзолун размеров до Земли необходимо разрешение порядка 1 микросекунды дуги. Для достижения такого уровня точности необходима гораздо большая база между отдельными телескопами — порядка нескольких километров.
Почему фокус смещается на гигантские планеты
Газовые гиганты — экзопланеты с массой, сравнимой или превышающей Юпитер — являются интересными целями для поиска обитаемых луны по нескольким причинам:
- Большая сфера гравитационного захвата. У массивных планет более широкая сфера Хилла, что увеличивает шансы на наличие стабильных орбит спутников, которые не улетают в космос или не падают на планету.
- Возможность внутренних источников энергии. Даже если большая планета расположена за пределами классической обитаемой зоны своей звезды, луны могут получать энергию не только от излучения звезды, но и от приливного нагрева, вызванного гравитационным воздействием самой планеты, как это происходит с Енохом и Европой в нашей Солнечной системе. Это позволяет сохранять жидкую воду под ледяной корой.
- Масса и атмосфера спутников. Для возникновения и поддержания жизни необходимо, чтобы луна имела достаточную массу для удержания атмосферы. Согласно моделям, луны с массой, превышающей примерно 0,12 массы Земли, способны сохранять атмосферу на протяжении длительного времени.
Изменение подхода к поиску экзолун
Предложенный километр-базисный интерферометр может открыть новую эру в астрономии, сделав возможными:
- прямые измерения движения экзопланет с точностью, необходимой для обнаружения смещений, вызванных спутниками;
- поиск спутников в более широком диапазоне орбит, особенно у планет, удалённых от своей материнской звезды;
- выявление крупных спутников, потенциально обладающих условиями, пригодными для жизни.
Этот инструмент, по мнению авторов, может работать в тандеме с гигантскими телескопами, находящимися в разработке, такими как Extremely Large Telescope (ELT) с зеркалом диаметром 39 метров, срок ввода которого запланирован на конец 2020-х годов. Интерферометр будет наблюдать движение планет, открытых этими и другими телескопами, чтобы выделить малые возмущения, свидетельствующие о наличии спутников.
Расширение зоны поиска жизни
Одна из важных целей поиска экзолун заключается в том, что они могут расширять представления о зоне обитаемости — диапазоне расстояний от звезды, в котором может существовать жидкая вода на поверхности или в недрах тела. В стандартной модели зона обитаемости определяется для самих планет, но при учёте внутреннего нагрева, вызванного приливными силами, спутники больших планет могут иметь условия, благоприятные для воды, даже если планета находится вне привычной обитаемой зоны.
Возможности будущих миссий
Планетологические исследования и будущие телескопы, такие как Plato Европейского космического агентства, запуска которого ожидается в 2026 году, также могут способствовать обнаружению экзолун. Эти миссии будут искать экзопланеты и могут предоставлять данные, которые совместно с высокоточным интерферометрическим наблюдением помогут выявить спутники вокруг них.
Итоги и значение подхода
Хотя на сегодняшний день экзолун официально не обнаружено, сравнение методов и новые предложения учёных указывают на конкретные шаги, которые могут изменить ситуацию в ближайшие десятилетия. Усиление наблюдательных возможностей, в частности через создание интерферометров с базой в несколько километров, позволит отойти от зависимости от редких выравниваний при транзитных наблюдениях и перейти к прямому измерению гравитационных возмущений, вызванных спутниками.
Если проект будет реализован, это может привести к первым прямым доказательствам существования экзолун, включая те, которые обладают условиями, потенциально пригодными для жизни, что существенно расширит наше понимание распределения обитаемых миров во Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
