Вчені розробили новий метод визначення маси та розмірів далеких екзопланет
Група дослідників з Массачусетського технологічного інституту розробила принципово новий метод визначення маси екзопланет, що обертаються навколо зірок, віддалених від Землі на значну відстань. І самим незвичайним у цьому є місце, де була виявлена ця додаткова інформація про масу планети, в спектрі світла зірки, що пройшло крізь атмосферу цієї планети. Слід зауважити, що маса планети може багато що сказати нам про її потенціал для існування життя на її поверхні, що робить новий метод визначення маси одним з найбільш важливих інструментів пошуків позаземних форм життя, які ведуться вченими вже досить довгий час.
Одним з недоліків сучасних методів пошуків місць, де у Всесвіті може існувати життя, є те, що такі методи дають досить обмежене коло інформації. Вчені вважають, що варто тільки знайти планету відповідних розмірів, віддалену від своєї зірки на оптимальну відстань, що забезпечує сприятливі умови на її поверхні, вона тут же потрапляє в область інтересів пошуків позаземного життя. Але це далеко не завжди так, і яскравим прикладом того є наша власна Сонячна система.
У нашій системі є три планети, задовольняє критеріям відстані від зірки і мають відповідні розміри, але, як відомо, тільки на одній з планет, на Землі, існує життя. Венера, з дощами з сірчаної кислоти і температурою поверхні, при якій плавиться свинець, найбільш наближена до нашого поданням про Пекло, в якому не можуть існувати будь-які органічні форми життя. Не кращим чином йдуть зараз справи і на Марсі, якщо там і існують деякі примітивні форми життя, що збереглися з дозапамятных часів, то швидше за все вони знаходяться глибоко під поверхнею, в підземних печерах і порожнинах. А на поверхні сухої пустелі, пронизываемой потоками космічного випромінювання, не зможе вижити жоден мікроорганізм.
Виходить, що мисливці за позаземними формами життя потребують набагато більшої кількості даних про досліджуваних ними планетах. Як вже говорилося вище, ключовими моментами характеристик планет є їх маси і розміри, які дозволяють судити про характер будови цих планет і про умови на їх поверхні. Знаючи ці дані, можна сказати, є ця планета кам'янистій, як Земля, або це газова планета, подібна Нептуну.
На жаль, існуючі методи визначення маси екзопланет не дуже підходять для полювання за позаземної життям. Такі методи засновані на вимірах змін яскравості світіння зірки в момент, коли між зіркою і Землею проходить досліджувана планета. Такий метод, званий транзитним методом, дає достовірні результати тільки в тому випадку, якщо планета має великі габарити і знаходиться близько до зірки. А для планет, розміри яких близькі до розмірів Землі, транзитний метод дає надзвичайно високу похибку, зводить на немає наукову цінність цих даних.
Але в момент проходження планети на тлі зірки змінюється не тільки яскравість свічення, в ці моменти відбуваються зміни спектрального складу світла. Хімічні елементи, що входять до складу атмосфери планети поглинають світло з певною довжиною хвилі і випромінюють світло з іншою довжиною хвилі. Ці зміни спектра світла достатньо просто уловлюються такими інструментами, як космічні телескопи Hubble і Spitzer. Якщо змін спектру не реєструється, то це вказує на відсутність атмосфери у планети, роблячи її малоцікавою з точки зору пошуку життя. У доповнення до можливості визначення маси планети, аналіз спектральних змін дозволяє визначити склад, температуру, атмосферний тиск на далекій планеті.
Аналіз спектра світла, що пройшло крізь атмосферу планети, виконується за допомогою розроблених массачусетськими вченими складних математичних рівнянь, в основі яких лежить так звана постійна Ейлера-Маскероні (Euler-Mascheroni constant). Ці математичні перетворення дозволяють виділити із загальної картини спектру тільки ті його частини, які мають відношення до одного з яких-небудь явищ. Група дослідників, очолювана Жюлианом де Ві (Juliean de Wit), перевірила розроблений ними метод за допомогою спектральних даних екзопланети 189733b, яка знаходиться на відстані 63 світлових років від Землі. І дані, отримані математичним шляхом, були дуже близькі до даними, отриманими звичайними методами, спостереженнями за допомогою різних астрономічних інструментів.
"Складені нами складні системи математичних рівнянь дозволяють розкласти весь спектр світла по поличках і визначити не тільки властивості атмосфери планети, ні інші її характеристики" - розповідає Жюлиан де Ви, - "Використана нами константа Ейлера-Маскероні грає величезне значення у безлічі фізичних процесів, але для нас стало несподіванкою, що її вплив виявляється і на планетарному рівні".