Радуги на экзопланетах станут научным инструментом: новый телескоп NASA увидит невидимое
iXBT.com ·
Астрономы предложили изящный способ искать атмосферы у экзопланет — по радугам и солнечным бликам. Метод, описанный в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, опирается на будущий телескоп NASA — Habitable Worlds Observatory (HWO), запуск которого намечен на начало 2040-х годов. Инструмент с зеркалом не менее шести метров и поляриметром на борту сможет зафиксировать такие оптические явления, как преломление света в дождевых каплях, отражение солнца от водной глади и рэлеевское рассеяние, делающее небо голубым.
Астрономы предложили изящный способ искать атмосферы у экзопланет — по радугам и солнечным бликам. Метод, описанный в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, опирается на будущий телескоп NASA — Habitable Worlds Observatory (HWO), запуск которого намечен на начало 2040-х годов. Инструмент с зеркалом не менее шести метров и поляриметром на борту сможет зафиксировать такие оптические явления, как преломление света в дождевых каплях, отражение солнца от водной глади и рэлеевское рассеяние, делающее небо голубым.
Ключ к методу — смена фаз экзопланеты при движении вокруг звезды, точно как у Луны при облёте Земли. Прямого изображения радужной дуги HWO не даст: планета останется точкой. Но когда она находится в фазе серпа — почти между звездой и телескопом, — солнечный блик от водной глади добавит небольшой, но измеримый всплеск яркости. Поскольку жидкость на поверхности не может существовать без атмосферы, такая вспышка станет надёжным маркером воздушной оболочки.
Именно так зонд Cassini когда-то поймал блик Солнца в метановых озёрах Титана.
С радугой ситуация сложнее и интереснее. Проходя сквозь дождевые капли, свет разных цветов отклоняется на разные углы и при этом поляризуется — волны выстраиваются в одной плоскости. Поляриметр на борту HWO пропустит только свет с определённой ориентацией волн и зафиксирует характерный поляризационный всплеск, когда планета находится в нужной фазе. Более того, степень поляризации расскажет о размере капель. Кроме того, количество отражённого поляризованного света будет зависеть от состава жидкости. По сути, прибор дистанционно измерит, из чего состоят облака и дождь в сотнях триллионов километров от Земли.
Третий эффект — рэлеевское рассеяние — работает как естественный поляризационный фильтр в самой атмосфере планеты. Молекулы газов рассеивают свет звезды, и сильнее всего поляризация проявляется под углом 90 градусов к направлению на звезду.
Симуляции, проведённые авторами исследования на основе реальных звёзд, которые HWO предстоит изучать, показали: поляризационные сигналы радуг и бликов будут заметны у значительной доли близких каменистых экзопланет, а признаки рэлеевского рассеяния — у большинства. Всё это при условии, что атмосферы у этих планет вообще существуют. Задача HWO как раз и состоит в том, чтобы впервые найти обитаемые — или потенциально обитаемые — экзопланеты у солнцеподобных звёзд.