Ближайшая к Земле экзопланета Проксима b привлекает астрономов своей возможностью иметь жизнь.
Для ее обнаружения традиционные методы не подходят, но новое исследование использует инновационный подход с помощью Чрезвычайно большого телескопа.
Проблема определения характеристик Проксимы b
Проксима b, экзопланета, ближайшая к Земле, имеет массу, сравнимую с массой нашей планеты. Получая около 65 % солнечной энергии, которую получает Земля, эта планета может иметь океаны и атмосферу, богатую кислородом, в зависимости от её эволюции.
Эта планета, будучи ближайшим к нам соседом и потенциальным местом обитания внеземной жизни, ставит перед нами проблему: стандартные способы поиска признаков жизни неприменимы к Проксиме b.
Основным способом поиска экзопланет является метод транзита.
В нём планета время от времени перекрывает свою звезду с нашего наблюдения, вследствие чего наблюдается периодическое снижение яркости звезды.
Проходя через атмосферу экзопланеты, свет звезды поглощает определённые длины волн, формируя характерную картину поглощения. Анализ этих картинок позволяет выявить наличие в атмосфере планет таких молекул, как вода, углекислый газ и другие соединения. Проксима Центавра B не обладает планетарным транзитом. Её открытие осуществлено с помощью доплеровской спектроскопии.
Исследователи, наблюдая за светом Проксимы Центавра, обнаружили небольшое красно-синее смещение во времени, указывающее на её движение. Звезда неуловимо приближалась и отдалялась от нас. Такие движения вызваны гравитационными силами, которые оказывает Проксима b.
Несмотря на то, что таким способом удалось определить размер и массу экзопланеты, невозможность наблюдения за её прохождением перед звездой препятствует изучению спектра поглощения её атмосферы, в связи с чем внимание вновь обращается к недавним исследованиям.
Отражение звездного света
Новое исследование предлагает иной способ поиска жизни, основанный на отражении звездного света атмосферой планеты. Вместо анализа света, проходящего через атмосферу, нужно изучить свет, непосредственно отраженный планетой. Этот метод, применяемый для Марса и внешних планет, не проходящих перед Солнцем, можно использовать и для экзопланет.
Планетарный свет, отражаемый от поверхности, очень мал по сравнению со звездой-хозяином.
Найти этот отраженный свет похоже на то, что попытаться увидеть едва заметное свечение светлячка рядом с мощным прожектором.
Астрономы применяют «маски» (коронографы), чтобы заблокировать центральную яркость звезды и наблюдать планеты рядом с ней. Эта техника уже помогла изучить массивные газообразные планеты, вращающиеся вокруг звезд, но пока не использовалась для изучения миров размером с Землю.
Чрезвычайно большой телескоп
В ходе работы исследователи изучили потенциал телескопа Чрезвычайно большого телескопа, который возводится в Чили. Особое внимание уделили инструменту HARMONI. Телескоп — амбициозный проект под руководством Европейской южной обсерватории (ESO). Диаметр оптического и инфракрасного телескопа составит 39 метров, что сделает его крупнейшим в мире подобным объектом. ELT призван стать ключевым инструментом в развитии астрономии, предоставляя возможности для изучения экзопланет, далеких галактик, сверхновых и других объектов.
ELT оснащен монолитным оптическим интегральным полевым спектрографом HARMONI с высоким угловым разрешением в ближней инфракрасной области. HARMONI способен получать высококачественные спектры в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах. Это универсальный инструмент, предлагающий визуализацию, спектроскопию и поляриметрию с высоким угловым разрешением. Он позволит астрономам детально исследовать химический состав, динамику и другие характеристики небесных объектов.
Необходимы некоторые корректировки
Исследователи смоделировали наблюдения Проксимы Центавра, применив эффект маскировки для выделения света ее экзопланеты. Цель — выяснить, сможет ли HARMONI собрать достаточно высококачественных данных для выявления биогенных молекул.
Оказалось, что в нынешнем виде это невозможно, поскольку коронограф слишком массивный и перекрывает большую часть света от экзопланеты. Учёные нашли способ изменить его конструкцию, чтобы исследовать атмосферу Проксимы Центавра B.
Эти модификации сложны и не отличаются экономичностью, но их целесообразность очевидна, учитывая статус Проксимы Центавра B — главного кандидата в списке миров, которые мы планируем посетить первыми при отправке зондов за пределы Солнечной системы. Потенциальная жизнь на этой соседней экзопланете поставит её на первое место в списке приоритетов для межзвездных исследований. Нам придется запастись терпением, поскольку открытие телескопа, первоначально запланированное на 2024 год, состоится только в 2027 году.