Астрономи постійно пробують небо для несподіваного. Вони готові прийняти нові ідеї, які можуть замінити мудрість минулих років.
Але є один виняток із правила: пошук Землі 2.0. Тут ми не хочемо знайти несподіваного, але очікуваного. Ми хочемо знайти планету, настільки схожу на нашу, що майже можемо назвати її домашньою.
Хоча ми не можемо точно зобразити ці планети досить великими деталями, щоб побачити, чи є водний світ із соковитими зеленими рослинами та цивілізаціями, ми можемо використовувати непрямі методи, щоб знайти планету, схожу на Землю - планету з подібною масою і радіус до Землі.
Є лише одна проблема: нинішні методи вимірювання маси екзопланети обмежені. На сьогоднішній день астрономи вимірюють радіальну швидкість - крихітні коливання на орбіті зірки, як вона підтягнута гравітаційним потягом своєї екзопланети - для отримання співвідношення маси планета-зірка.
Але враховуючи, що більшість екзопланет виявляються за допомогою їх транзитного сигналу - занурення у світло, коли планета проходить перед зіркою-господарем - чи не було б чудово, якби ми могли виміряти її масу лише на основі цього методу? Ну астрономи на MIT знайшли спосіб.
Аспірант Жульен де Віт та колега Макартура Сара Сігер розробили нову методику визначення маси, використовуючи лише транзитний сигнал екзопланети. Коли планета проходить, світло зірки проходить через тонкий шар атмосфери планети, який поглинає певну довжину хвилі світла зірки. Як тільки зоряне світло досягне Землі, воно буде відбито хімічними відбитками композиції атмосфери.
Так званий спектр передачі дозволяє астрономам вивчати атмосфери цих чужих світів.
Але ось ключ: більш масивна планета може триматися в більш густій атмосфері. Тож теоретично масу планети можна виміряти, виходячи з атмосфери чи лише спектра передачі.
Звичайно, немає співвідношення один до одного, або ми б це зрозуміли давно. Ступінь атмосфери також залежить від її температури та ваги молекул. Водень настільки легкий, що він легше вислизає з атмосфери, ніж, скажімо, кисень.
Так де Віт працював із стандартного рівняння, що описує висоту шкали - вертикальну відстань, на яку тиск атмосфери зменшується. Ступінь падіння тиску залежить від температури планети, її гравітаційної сили планети (а.к.а. маси) та щільності атмосфери.
Відповідно до основної алгебри: знання будь-яких трьох цих параметрів дозволить нам вирішити четвертий. Тому гравітаційну силу планети або масу можна отримати від її атмосферної температури, профілю тиску та густини - параметрів, які можна отримати лише в спектрі передачі.
Маючи теоретичну роботу за ними, Де Віт і Сігер використали гарячий Jupiter HD 189733b, з уже налагодженою масою, як тематичне дослідження. Їх обчислення показали те саме вимірювання маси (в 1,15 рази більше маси Юпітера), як і вимірювання радіальної швидкості.
Ця нова методика зможе охарактеризувати масу екзопланет лише на основі даних про їх транзит. Хоча гарячі Юпітери залишаються головною метою нової техніки, Де Віт і Сігер прагнуть описати планети, подібні до Землі, найближчим часом. З запуском космічного телескопа "Джеймс Вебб", запланованого на 2018 рік, астрономи повинні мати можливість отримати масу набагато менших світів.
Документ був опублікований у журналі Science і тепер доступний для завантаження у набагато довшій формі тут.
