Экзопланетные атмосферы

В Солнечной системе, кроме Земли, всего лишь семь планет, и все они обладают хорошо изученными атмосферами. Правда, газовая оболочка Меркурия настолько разрежена, что ее почти невозможно обнаружить, но она все же существует, и ее состав хорошо известен. Астрономы накопили множество данных и об атмосферах всех прочих планет – от Венеры до Нептуна.

К сожалению, этого пока нельзя сказать о трех с лишним сотнях внесолнечных планет, открытых вблизи звезд нашей Галактики. На этом сайте читатели могут найти информацию о нынешнем состоянии изучения экзопланет. Среди них большинство принадлежит газовым гигантам, которые обладают атмосферами просто по определению. Однако ученым пока что удалось собрать сведения об атмосферах лишь горсточки экзопланет – уж очень непростая это задача. О том, как она решается и чего уже удалось добиться, я поговорил с одним из крупнейших американских специалистов в этой области планетологии профессором Массачусетского технологического института Сарой Сигер[Sara Seager].

Алексей Левин:Расскажите для начала, почему так трудно изучать экзопланетные атмосферы?

Сара Сигер:Все дело в том, что для сбора таких сведений необходимо, чтобы планета периодически проходила между Землей и своей звездой. В этом случае звездный свет по пути к Земле будет частично рассеиваться в планетной атмосфере, и наши приборы могут это заметить. Способ этот очень старый, именно так в середине XVIII века была открыта атмосфера Венеры. Изучая спектр профильтрованного в атмосфере света, можно собрать сведения о том, их каких молекул она состоит. Правда, это не единственный метод, но он наиболее надежен.

Однако здесь-то и возникают сложности. Планет, которые затмевают свои звезды, не так уж много, в общем списке их менее 20%. К тому же многие из этих звезд светят настолько слабо, что наши спектрометры пока что не могут проанализировать их свет, прошедший через планетные атмосферы. В результате по чисто техническим причинам сбор спектроскопических данных об атмосферах многих планет этой группы пока остается за пределами наших возможностей. Так что сейчас нам в принципе доступны сведения об атмосферах всего лишь дюжины планет, а это только 4% общего числа.

А.Л.:И что же все-таки уже известно?

С.С.:Конкретная информация о составе атмосферы пока есть только по двум горячим газовым планетам, которые очень недалеко удаляются от своих звезд. В одном случае удалось обнаружить молекулы натрия и водяных паров, в другом – воду и метан. Мы также знаем, что экзопланеты могут очень сильно нагреваться на дневной стороне и охлаждаться на ночной, хотя так бывает и не всегда. Наконец, получены доказательства, что температура экзопланетных атмосфер может не падать на больших высотах, как это имеет место на Земле, а, напротив, подниматься.

А.Л.:А каковы сами планеты с исследованными атмосферами?

С.С.:Пока что это только газовые гиганты типа нашего Юпитера. Астрономам сейчас известно немало каменистых планет, некоторые из которых всего в несколько раз тяжелее Земли. Однако об их атмосферах пока ничего не известно.

А.Л.:Можно ли изучать экзопланетные атмосферы с помощью спектрометров, установленных на земных телескопах?

С.С.:Пару раз это удавалось, но такие результаты не очень надежны. Причина понятна – земной воздух экранирует звездный свет. Почти все сведения об экзопланетных атмосферах удалось получить с помощью Космического телескопа Хаббл и инфракрасной орбитальной обсерватории Спитцер.

А.Л.:Как Вы думаете, каковы шансы обнаружить и исследовать атмосферы, окружающие каменистые планеты земного типа?

С.С.:Шансы-то отличные, но придется немного подождать. Через пять лет будет запущен Космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который по своим возможностям сильно превзойдет и Хаббла, и Спитцера. Поэтому можно надеяться, что эта обсерватория наконец позволит собрать сведения о твердых планетах с газовыми оболочками. Кстати, есть все основания считать, что большинство каменистых планет действительно обладают атмосферами. Исключение составляют только самые легкие планеты, а также планеты, которые очень сильно нагреваются звездным излучением. Так что нам есть, что искать.