Открытие планет, вращающихся вокруг других звезд, является одним из самых важных и захватывающих направлений в современной астрономии. Оказывается, наша галактика полна экзопланетами, и астрономы находят их повсюду, куда только не посмотрят.
Это привело к появлению новой дисциплины, посвященной исследованию того, на что похожи экзопланеты. Первые открытия показали размер планет, как быстро они вращаются вокруг своих звезд и находятся ли они в обитаемой зоне.
Но астрономы хотят знать больше и планируют создание поколения еще более мощных телескопов. Но что они хотят увидеть тех далеких мирах?
Ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке разработали метод определения рельефа местности на экзопланетах и рассказывают, как телескопы следующего поколения должны начать выявлять эту географию и топографию в ближайшем будущем.
Техника проста в принципе. Горы и долины меняют силуэт планеты по мере ее вращения. Когда планета проходит перед своим солнцем, эти изменения должны быть заметны как небольшие изменения в количестве света, который планета блокирует при вращении. Со временем, по мере того, как горы появляются и исчезают из поля зрения, эти изменения должны отражать неровность поверхности планеты.
На практике этот метод чрезвычайно сложен, потому что изменения крошечные. Но они становятся наблюдаемыми для планет, вращающихся вокруг небольших звезд.
Ученые сначала рассчитали влияние горы размером с Эверест на планету размером с Землю, в остальном совершенно гладкую, которая вращается вокруг солнцеподобной звезды. В этом случае гора изменила бы свет, который планета блокирует, на одну часть из 100 000 000.
Но если эта планета вращалась бы вокруг белого карлика, изменение составило бы одну часть из 10 000. А это уже более наблюдаемо.
Конечно, поверхность любой реальной планеты была бы гораздо более ухабистой. Но принципиальный расчет показывает, что эта неровность будет заметна.
Ряд факторов затруднит наблюдения. Наиболее очевидным является плотная атмосфера и облака, которые скрывают поверхность некоторых экзопланет. Но это все равно позволит охарактеризовать планеты, подобные Марсу, с небольшой атмосферой.
Сегодня уже строится большой телескоп на горе в пустыне Атакама в Чили, который сможет проводить такие наблюдения. Планируется, что он сможет получать изображения в 16 раз более четкие, чем те, которые присылает космический телескоп Хаббл.
Ученые подсчитали, что этот новый телескоп сможет охарактеризовать рельеф поверхности — бугристость — планеты, подобной Марсу, вращающейся вокруг белого карлика, всего за несколько часов наблюдений. Это означало бы открытие первой горы за пределами Солнечной системы.
Такое открытие дало бы важную информацию. Гора Эверест на Земле образовалась в результате тектоники плит, в то время как гора Олимп на Марсе образовалась в результате вулканической активности. Таким образом, горы являются важными подсказками о внутренних процессах планеты.
У астрономов амбициозные планы узнать больше. То, как солнечный свет отражается от воды, может дать представление о потенциальных океанах на экзопланетах, поэтому то, как этот отраженный свет изменяется по мере вращения планеты и появления континентов, также будет иметь важное значение.
На Земле это создает эффект, известный как «красный край», потому что континенты Земли покрыты пигментом, который сильно поглощает в красной части спектра. И астрономы разрабатывают методы наблюдения, как увидеть этот красный край и на экзопланетах.
А как насчет перспективы увидеть промышленное загрязнение, ночные огни чужих городов и — что, возможно, более вероятно — вращающиеся экзолуны и кольца?
Изучение экзопланет находится еще в зачаточном состоянии, но оно явно станет наукой, богатой открытиями и сюрпризами.
