Изучение экзопланет
В последние несколько десятилетий эта область науки развивается не по дням, а по часам. Наземными обсерваториями и космическими аппаратами, такими, как космическая обсерватория НАСА «Кеплер», было обнаружено 3726 экзопланет в 2792 системах, причем 622 системы имеют более одной планеты (по состоянию на 1 января 2018 года). В ближайшие годы ученые ожидают, что благодаря запуску миссий следующего поколения будет сделано еще много открытий.
К таким инструментам относятся космический телескоп им. Джеймса Уэбба (JWST). И несколько наземных обсерваторий нового поколения. Используя их возможности ученые не только ожидают найти еще много экзопланет. Но и получить новые и увлекательные сведения о них. Например, недавнее исследование, проведенное Колумбийским университетом, показало, что с помощью метода транзита можно будет изучить на экзопланетах даже поверхностные возвышения.
Исследование, которое недавно было опубликовано, было проведено Моией МакТир и Дэвидом Кипингом. Они являются аспирантом и ассистентом профессора астрономии в Колумбийском университете. На основе моделей, которые они создали с использованием тел нашей Солнечной системы, команда рассмотрела вопрос о том, могут ли транзитные исследования дать нам топографические данные об экзопланетах.
Метод транзита
Эта технология в наше время является самым популярным и надежным средством обнаружения экзопланет. Он состоит в том, что астрономы измеряют мощность света от дальних звезд с течением времени. И ищут периодические провалы яркости. Эти провалы являются результатом прохождения экзопланеты перед звездой. Т.е. транзитом относительно наблюдателя.
Измеряя динамику падения мощности света, приходящего от звезды, и период, в течение которого происходит затемнение, астроном не только способен определять присутствие экзопланет. Но и установить точные параметры их размеров и орбитальных периодов. Согласно МакТир и Кипинга, этот же метод может также выявить наличие географических особенностей на поверхности экзопланет. Например, горных хребтов, вулканов, каналов и кратеров.
Как указывают ученые в своем исследовании, вместо прямой визуализации косвенные методы – это единственное средство, которым обладают астрономы для выявления данных о поверхности экзопланеты. К сожалению, пока нет другого способа оценить экзотопографию. И лишь транзитный метод имеет некоторый потенциал в этом отношении. Астрономы утверждают:
«Метод транзита измеряет непосредственно проекцию силуэта планеты на поверхность звезды. Исходя из предположения, что планета сама не светится… Этот факт подразумевает, что действительно существует некоторый потенциал у метода транзита для выявления разных поверхностных признаков. Поскольку силуэт планеты, безусловно, искажен относительно кругового профиля из-за наличия топографии».
Идеальный круг
Другими словами, когда планета проходит перед своей звездой, свет, проходящий вокруг самой планеты, можно измерить. И зафиксировать малейшие его измерения относительно идеального круга. Эти данные могут указывать на наличие на экзопланете горных хребтов. Или других крупных объектов, таких как массивные овраги. Чтобы проверить эту теорию, ученые использовали планеты Солнечной системы. Как шаблоны того, как рассеяние света во время транзита может выявить их характерные топографические черты.
В качестве примера они рассматривают то, какие данные были бы получены если бы планета, аналог Земли, имела бы образование, подобное Гималайскому горному хребту, расположенному с севера на юг и который был бы достаточно широким, более чем 1 ° по долготе:
«Предположим, что планета совершает половину одного оборота. И в этот момент пересекает линию между нами и своей родительской звездой. Это все, что необходимо для того, чтобы все формы поверхности планеты, которые появлялись на фоне звезды, не повторяясь. По мере того как наша гипотетическая планета вращается и гималайский блок перемещается и выходит из поля зрения, изменение силуэта приведет к разной глубине транзита … »
Марс как опытный образец
Ученые считают, что Марс был бы идеальным испытательным «стендом» для проверки новой технологии. Из-за сочетания небольшого размера, низкой поверхностной гравитации и активного внутреннего вулканизма. Эти факторы позволяют характеризовать Марс как «самое неудобное тело в Солнечной системе». В сочетании с белой карликовой звездой эта планета представляет собой оптимальный случай. Который можно использовать в исследованиях кривых блеска для определения экзотопографии.
Ученые подсчитали, что планета размерами, близкими по размерам к Марсу, будет иметь орбитальный период 11,3 часа на расстоянии около 0,01 а.е. (которое было бы в зоне обитания белого карлика). Это позволило бы наблюдать многие транзиты в относительно короткий период обзора. Обеспечивая тем самым большую степень точности. В то же время команда признает, что предлагаемые ими методы имеют недостатки.
Например, из-за присутствия астрофизических и инструментальных шумов. Исследователи определили, что их метод будет непродуктивным, если речь зайдет об изучении экзопланет вокруг солнцеподобных звезд и звезд М-типа (красных карликов). Но для марсоподобных планет, вращающихся вокруг низко массивных белых карликовых звезд, этот метод может дать очень ценные научные результаты.