Ученые измерили атмосферу планеты в 340 световых годах от нас

Международная группа ученых с помощью наземного телескопа обсерватории Близнецы в Чили стала первой, кто непосредственно измерил количество воды и окиси углерода в атмосфере планеты в другой солнечной системе, находящейся на расстоянии примерно 340 световых лет от Земли.

Есть тысячи известных планет за пределами Солнечной системы (экзопланетами). Ученые используют как космические телескопы, так и наземные телескопы, чтобы изучить, как формируются эти экзопланеты и чем они отличаются от планет в нашей солнечной системе.

Для этого исследования Майкл Лайн из Школы исследования Земли и космоса Университета штата Аризона и его команда сосредоточились на WASP-77Ab - экзопланете, «горячим Юпитером», потому что похожей на Юпитер в Солнечной системе, но с температурой выше 2000 градусов по Фаренгейту.

Затем они сосредоточились на измерении состава её атмосферы для определения, какие элементы присутствуют, по сравнению со звездой, вокруг которой она вращается.

«Из-за размеров и температуры, горячие Юпитеры - отличные лаборатории для измерения атмосферных газов и проверки наших теорий образования планет», - сказал Лайн.

Хотя мы еще не можем отправлять космические корабли на планеты за пределами Солнечной системы, ученые могут изучать свет экзопланет с помощью телескопов. Телескопы, которые они используют для наблюдения за светом, могут находиться либо в космосе, как космический телескоп Хаббла, либо с земли, как телескопы обсерватории Близнецов.

Лайн с командой активно участвовали в измерении атмосферного состава экзопланет с помощью телескопа Хаббла, но получить измерения было непросто. Мало того, что существует жесткая конкуренция за время телескопа, инструменты Хаббла измеряют только воду (или кислород), и команде также нужно было собрать измерения оксида углерода (или углерода). Поэтому команда обратилась к телескопу Gemini South.

«Нам нужно было попробовать что-то другое, чтобы ответить на наши вопросы», - сказал Лайн. «И наш анализ возможностей Gemini South показал, что мы можем получить сверхточные атмосферные измерения».

Gemini South - это телескоп диаметром 8,1 метра, расположенный на горе Серро-Пачон в чилийских Андах, где очень сухой воздух и незначительная облачность, что делают его отличным местом расположения телескопа. Он находится в ведении NOIRLab Национального научного фонда (Национальная исследовательская лаборатория оптико-инфракрасной астрономии). Используя телескоп Gemini South и инструмент под названием Immersion GRating INfrared Spectrometer (IGRINS), команда наблюдала тепловое свечение экзопланеты, когда она вращалась вокруг звезды. С помощью прибора они собрали информацию о наличии и относительном количестве различных газов в его атмосфере.

Подобно метеорологическим и климатическим спутникам, которые используются для измерения количества водяного пара и углекислого газа в атмосфере Земли, ученые могут использовать спектрометры и телескопы, такие как IGRINS на Gemini South, для измерения количества различных газов на других планетах.

«Пытаться выяснить состав планетарной атмосферы - все равно что раскрыть преступление по отпечаткам пальцев», - сказал Лайн. «Смазанный отпечаток пальца на самом деле не слишком сужает поиск, но очень хороший чистый отпечаток дает уникальный идентификатор того, кто совершил преступление».

Космический телескоп Хаббла предоставил команде один или два нечетких отпечатка пальца, а IGRINS на Gemini South предоставил команде полный набор совершенно четких отпечатков пальцев.

Благодаря точным измерениям как воды, так и оксида углерода в атмосфере WASP-77Ab, команда смогла оценить относительные количества кислорода и углерода в атмосфере экзопланеты.

«Эти суммы соответствовали нашим ожиданиям и примерно такие же, как у звезды», - сказал Лайн.

Получение сверхточного содержания газа в атмосферах экзопланет стало не только важным техническим достижением, особенно с помощью наземного телескопа, но и может помочь ученым искать жизнь на других планетах.

«Эта работа представляет собой первопроходческую демонстрацию того, как мы будем в конечном итоге измерять биосигнатурные газы, такие как кислород и метан, в потенциально обитаемых мирах в не столь отдаленном будущем», - сказал Лайн.

Ученые планируют повторить этот анализ для многих других планет и создать «образец» атмосферных измерений еще как минимум на 15 планетах.

«Сейчас мы находимся в точке, где мы можем получить сравнимую точность содержания газа с этими планетами в нашей солнечной системе. Измерение содержания углерода и кислорода (и других элементов) в атмосфере более крупной выборки экзопланет обеспечивает столь необходимый контекст для понимания происхождения и эволюции наших газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн», - сказал Лайн.

Они также с нетерпением ждут того, что смогут предложить телескопы будущего.

«Если мы сможем сделать это с помощью сегодняшних технологий, подумайте о том, что мы сможем делать с перспективными телескопами, такими как Гигантский Магелланов телескоп», - сказал Лайн. «Это реальная возможность, что мы сможем использовать тот же метод к концу этого десятилетия, чтобы вынюхивать потенциальные признаки жизни, которые также содержат углерод и кислород, на скалистых земных планетах за пределами Солнечной системы».