Существующие на данный момент научные приборы для исследования экзопланет могут полноценно изучать только некоторые газовые гиганты, и оценивать приблизительные массы, размеры и траектории.
Проблема в том что как правило звезда в миллиард раз ярче планеты, по этому рассмотреть планету или уловить ее спектральные характеристики чрезвычайно трудно.
Лучшее достижение на сегодняшний день (сентябрь 2019):
Объединив данные космических телескопов Kepler, Спитцер и Хаббл, исследователи пришли к выводу, что существует значительное количество водяного пара в атмосфере K2-18 b. Это стало возможным из-за редкого низкого контраста между планетой и её звездой-хозяином. Это была первая суперземля (судя по плотности, мининептун, 2.7R Земли) в обитаемой зоне с обнаруженной атмосферой и первое открытие воды на экзопланете в обитаемой зоне. Но она не способна иметь твердую поверхность. С уменьшением размера нужной планеты, многократно возрастает сложность ее изучения.
Для различных звезд находят зоны в которых вода на планетах может существовать в жидком виде, но как известно, это зависит во многом от температуры (+парникового эффекта) и атмосферного давления на поверхности.
Проводятся симуляции в которых на планете может предположительно быть жидкая вода, анализируются условия которые будут при давлении которое нам хотелось бы получить, но во многом это лишь догадки. А может это вообще аналог Венеры? Или всю атмосферу сдуло очередной вспышкой нестабильной родительской звезды и это что-то типа гигантского Меркурия? В последнее время в научной среде популярны дискуссии о том сдует или не сдует).
Но когда же мы получим конкретные данные о том что на такой-то планете есть такая-то атмосфера такого-то размера с таким-то составом который указывает на воду на поверхности или на что либо еще?
Наука не стоит на месте и спешит перейти от догадок к реальным данным, рассмотрим самые перспективные утвержденные миссии для ответа на эти вопросы (после справочной информации).
Справочная информация
Экзопланета - планета, находящаяся вне Солнечной системы.
а.е. - астрономическая единица, - среднее расстояние от Солнца до Земли.
Спектроскопия - изучение спектра. Когда свет от звёзды проходит через атмосферу планеты, получается определенная функция интенсивности пропущенного излучения от его частоты, в которой будут признаки поглощения на каких либо частотах, что позволит сделать вывод о наличии каких либо веществ.
Основной метод поиска экзопланет - транзит (метод транзитов) — метод поиска экзопланет, основанный на обнаружении падения светимости звезды во время прохождения планеты перед её диском. Стоит помнить что большинство планет так удобно не летают и часто остаются незамеченными.
«Ке́плер» — космическая обсерватория НАСА, со сверхчувствительным фотометром, первая специально предназначенная для поиска экзопланет. Запущена в 2009 году. По состоянию на июль 2015 года подтверждена природа более 1000 планет из около 4700 кандидатов, открытых телескопом. Для этого обсерватория смотрела непрерывно в один и тот же небольшой участок неба.
Его задача не составить карту других миров, а скорее разведать, что вообще встречается в космосе и с какой частотой.
Иога́нн Ке́плер - немецкий математик и первооткрыватель законов движения планет солнечной системы.
Джеймс Эдвин Уэбб - 1961 - 1968 руководитель NASA.
Поехали.
TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) - Телескоп был запущен 18 апреля 2018 года на ракете-носителе Falcon 9
Основная цель миссии состоит в нахождении каменистых экзопланет, попадающих в обитаемую зону и удалённых от Земли не более чем на 200 световых лет («Кеплер», несмотря на то, что открыл более 2600 экзопланет, проводил исследования объектов на удалении до 3000 световых лет, вследствие чего тусклость большинства открытых им миров не позволяет даже самым современным наземным телескопам измерить их радиальную скорость).
В конце сентября 2018 года открыл свою первую планету в системе с интересным названием "Пи Столовой Горы".
По состоянию на 1 сентября 2019 года телескоп смог обнаружить более тысячи кандидатов в планеты, из которых 29 было подтверждено. Кроме того, TESS помог открыть три экзокометы в системе молодой звезды Беты Живописца, шесть взрывов сверхновых в далеких галактиках и зафиксировал вспышку от разрушения звезды сверхмассивной черной дырой.
TESS исследует каждый участок неба на протяжении одного месяца и постепенно должен осмотреть приблизительно все небо, в отличии от Кеплера.
Данные, найденные TESS, помогут определить будущие цели для дальнейшего исследования.
CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) - запуск запланирован на 17 декабря 2019 на ракете Союз.
Основная цель CHEOPS будет состоять в том, чтобы точно измерить радиусы планет в диапазоне масс от Суперземли до Нептуна (1-6 радиуса Земли), для которых наземные обсерватории уже вычислили массу.
Таких планет нет в Солнечной системе, по этому об их строении на сегодняшний день можно лишь предполагать.
Знание массы и размера планет, позволят ученым определить плотность планет и, следовательно, их приблизительный состав, и выяснить, являются ли они газообразными или каменистыми.
Кроме того, он способен исследовать размеры атмосфер планет, искать экзолуны. Атмосферные исследования планет позволят значительно уточнить возможность наличия жидкой воды на той или иной планете, и самые интересные из этих планет, станут целью для дальнейшего изучения телескопом Джеймс Уэбб.
Исследовать он будет только планеты, проходящие по диску ярких звезд (надеюсь в этот список войдет звезда Тау-Кита из моего прошлого поста).
JWST (James Webb Space Telescope) - запуск запланирован на 30 Марта 2021 года на ракете Ариан-5.
Первичными задачами JWST являются: обнаружение света первых звёзд и галактик, сформированных после Большого взрыва, изучение формирования и развития галактик, звёзд, планетных систем. Так же он способен изучать экзопланеты.
Данный телескоп будет работать в инфракрасном диапазоне и сможет определять химический состав атмосфер любых планет в момент их прохождения по диску звезды, обнаруживать планеты с температурами Земли или выше, находящиеся дальше 12 а. е. от своих звёзд, и удалённые от Земли на расстояние до 15 световых лет.
Определение химического состава планет может помочь найти признаки жизни и оценить пригодность для жизни будущих межзвездных путешественников.
Кроме того, с помощью спектроскопии он сможет определить цвет планеты, выявить различия между зимней и летней стороной, найти признаки растительности, увидеть период обращения планеты, обнаружить признаки погодных явлений [1].
Хотя данные способности находятся на пике его возможностей, и применимы далеко не для всех планет, будем сохранять оптимизм и возможно нас ждут большие открытия в данном направлении.
Однако возможностей телескопа будет недостаточно для получения изображений найденных планет. Такая возможность появится не раньше середины 2030-х годов, к тому времени будут созданы телескопы нового поколения. Какие именно проекты воплотятся в жизнь, - еще не утверждено.
Последние новости о JWST
Солнцезащитный экран для космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА прошел испытание, необходимое для подготовки обсерватории к ее запуску в 2021 году. Техники и инженеры полностью развернули и натянули каждый из пяти слоев солнечного щита, успешно поместив солнцезащитный щит в то же положение, в котором он будет находиться в космосе.
PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) - запуск запланирован на 2026 год на ракете Союз.
Основная цель PLATO - изучение свойств звезд и их влияния на экзопланеты, поиск экзопланет в обитаемой зоне для последующего изучения другими телескопами.
PLATO будет отличаться от космических телескопов COROT и Kepler тем, что он будет изучать относительно яркие звезды, что позволит более точно определять параметры планет. Срок его службы будет дольше, чем у миссии TESS NASA, что позволит исследовать планеты с большим периодом обращения вокруг звезды. Телескоп будет иметь гораздо большее поле зрения, чем «Кеплер», что позволит ему изучать более широкую выборку звёзд.
ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) - запуск запланирован на 2028 год.
В отличии от JWST, изучение химического состава планет не одно из множества его функций, а его основная цель. Он исследует химический состав не менее 1000 различных планет.
Еще одно важное отличие от JWST, он проводит наблюдения не только в инфракрасном диапазоне, но и в видимом. Это позволит ему определить структуру, суточные и сезонные колебания атмосфер планет, облака и отражательную способность поверхности.
WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) - запуск 2025+ на ракете DeltaIV-Heavy.
Широкодиапазонная инфракрасная обсерватория. Его основная цель - поиск ответов на основные вопросы о темной энергии. В этом должна помочь Широкоугольная камера WFI (не понял как именно).
WFIRST будет иметь специальные механизмы, которые будут точно изгибать зеркало таким образом, чтобы оно подавляло все окружающие источники света вокруг планеты и фокусировалось на объекте [2]. Это позволит получить первые прямые изображения и получить спектры планет для получения химического состава, но увы возможности прибора позволят исследовать таким образом только газовые гиганты.
Вы могли слышать об этой обсерватории из новостей о том что ее чуть не отменили из-за Лунной программы США.
Extremely Large Telescope (ELT) - окончание строительства запланировано на 2025 год.
ELT в отличии от предыдущих телескопов, сможет изучать структуру и состав атмосфер планет, подобных Земле, при их прохождении по диску звезды, в то время как другие большие телескопы могут только косвенно обнаруживать такие планеты. Кроме того, он будет способен исследовать отраженный свет от газовых гигантов, и их атмосферу с помощью спектроскопии [3].
А что на счёт России? Есть у нас кое что.
WSO-UV («Спектр-УФ» или «Всемирная космическая обсерватория — Ультрафиолет», World Space Observatory — Ultraviolet) - запуск запланирован на 23 октября 2025 года на ракете Ангара - А5.
Последние новости об этом проекте
- из-за санкций приходится устанавливать радиационную защиту, и уменьшать массу научных приборов, это одна из причин переноса даты запуска.
- возникло уменьшение финансирования
в 15 раз
что тоже может сказаться на сроках.
- заведены уголовные дела о краже денег по этому проекту.
Он преемник телескопа Хаббл, станет единственной крупной обсерваторией, которая проводит наблюдения неба в УФ спектре. Диаметр зеркала 1.7 метров против 2.4 у Хаббла, но новые спектрографы (возможно установят Японские), позволят получить данные которые не мог собрать телескоп Хаббл.
Целями обсерватории станут кометы, планетные атмосферы, звезды, газопылевые облака, ядра активных галактик и гравитационные линзы.
Спектр-УФ сможет исследовать химический состав атмосфер планет, проходящих по диску своей звезды, возможно найти признаки жизни.
Насколько я понял, ультрафиолетовая спектроскопия позволит определить вещества в атмосфере, которые не определила инфракрасная, и это сможет дополнить данные других телескопов, но не знаю насколько важен и примечателен УФ диапазон для исследования экзопланет, об этом почему-то не пишут подробно.
Готовность 70%, будем надеяться, его достроят.
ИтогоТаким образом уже в ближайшие 10 лет мы узнаем об экзопланетах на порядок больше чем знаем сегодня, сможем найти планеты на которых действительно есть жидкая вода, а через 20-30 лет возможно сможем распознать континенты землеподобной планеты.
Думаю когда-нибудь на экзопланетах обязательно побывают люди.
Источники1.
https://jwst.nasa.gov/content/science/origins.html2.
https://newzskoop.com/2019/11/06/nasas-new-wfirst-telescope-can-find-the-existence-for-dark-matter/3.
https://www.eso.org/public/about-eso/faq/faq-elt/#23Так же значительное количество информации было взято с русской и английской Википедии, и со статьи ESA:
https://sci.esa.int/web/exoplanets/-/60657-the-future-of-exoplanet-researchСпасибо за внимание!Возможно вас заинтересуют другие мои посты или сообщество.
Мы в вкМы в телеграмме