Группа голландских астрономов впервые смогла измерить скорость ураганных ветров на планете, которая обращается вокруг другой звезды. Поразительно здесь то, что саму эту планету нельзя разглядеть даже в самый большой телескоп. Свои выводы ученые основывают на тончайших измерениях спектра.
Звезда HD 209458 очень похожа на Солнце. Обнаруженная возле нее планета относится к классу "горячих юпитеров". То есть это газовый гигант, крутящийся очень близко от звезды. Его орбита в 10 раз меньше орбиты Меркурия вокруг Солнца. Страшный жар, идущий от звезды, порождает на планете колоссальные ураганы. Скорость ветра достигает двух километров в секунду. Навстречу такому потоку не пробьется даже сверхзвуковой истребитель.
Рассказывает астрофизик, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Сергей Попов:
– Масса у так называемого "горячего юпитера" примерно такая же, как у Юпитера. Период обращения – всего лишь три дня с хвостиком. Поэтому одна сторона планеты очень здорово нагревается звездой. Видимо, с освещенной стороны на ночную идет поток газа. Это движение газа в атмосфере со средней скоростью два километра в секунду мы и видим по сдвигу спектральной линии, – сказал Сергей Попов.
У каждого газа есть спектр — уникальная "подпись", которую он оставляет на проходящем через него световом луче. Молекулы каждого типа поглощают световые волны строго определенных цветовых оттенков. Если разложить свет далекой звезды в радужную спектральную полоску, на месте недостающих цветов будут видны темные линии. По ним-то и определяют, через какие газы проходил свет по пути к Земле. А изучение тонких особенностей спектра позволят сделать еще много важных выводов –например, определить температуру и скорость движения газа.
– Можно наблюдать определенную спектральную линию, – продолжает Сергей Попов. – По эффекту Доплера, если источник движется к нам, то свет сдвигается в синюю сторону, если от нас – то в красную. И это можно измерить. Нельзя сказать, в какой точке планеты померена соответствующая скорость – мы не видим непосредственно звезду и планету. Планета наблюдается во время прохождения по диску звезды. В этот момент мы достаточно хорошо можем разделить свет от планеты и свет от звезды. Можно вот такую аналогию придумать. Представьте, что у вас есть две бутылочки. В одной находится апельсиновый сок, в другой находится водка. Смешиваете – получаете коктейль "Отвертка". Но по вкусу можно очень точно сказать, сколько из какой бутылочки было налито в бокал с коктейлем. Вот точно также и в спектрах можно выделить то излучение, которое пришло прямо от планеты, потому что звезда это не испускает. Если в коктейле вы чувствуете вкус апельсина… его не было в водке, он не мог туда попасть из той бутылки. Так вот и здесь. Измеряя некоторую спектральную линию целиком от планеты, мы видим, что линия в данном конкретном случае смещена в синюю сторону на два километра в секунду. Тот газ (в данном случае это угарный газ СО), который испускает эту линию, в среднем в атмосфере планеты движется к нам со скоростью два километра в секунду.
– Но почему именно угарный газ? Неужели это основная составляющая атмосферы далекой планеты?
– Конечно же, для измерения параметров используется та линия, которая наиболее четко выделена. В данном случае ей оказалась линия, которая испускается угарным газом. В других случаях, у других планет, в спектрах самыми сильными оказывались другие линии. Точно так же как на Солнце, которое в основном состоит из водорода и гелия, самые сильные линии – не водородные и не гелевые. Интенсивность линий определяется не только обилием вещества, но и условиями, в которых происходит излучение.
– И все-таки откуда известно, что данная конкретная линия угарного газа появилась в спектре именно на этой далекой "планете бурь"? Не слишком ли это тонкий эффект, чтобы уверенно говорить об инопланетных ураганах?
– Когда люди это сняли на Большом телескопе в Чили, то они увидели большое количество линий. Подавляющая часть этих линий вообще возникает не в звезде, не в планете, прямо в атмосфере Земли. Это очень сложная, очень трудоемкая процедура – очистить спектр от лишних линий, возникающих в земной атмосфере. В спектре звезды, конечно, тоже есть много разных линий. В данном случае звезда, вокруг которой крутится планета, похожа на Солнце – температура поверхности около 6000 градусов. В таких условиях молекул практически нет. В спектре звезды излучения от молекулы СО не должно быть, и мы можем быть уверены, что оно связано именно с планетой, – объясняет Сергей Попов.
На сегодняшний день достоверно установлено существование около 500 планет у других звезд – такие планеты называют экзопланетами (внесолнечными планетами). Недавно группа, работающая с космическим телескопом "Кеплер", который специально предназначен для поиска экзопланет, сообщила, что выявила еще около 400 "кандидатов" – их еще предстоит проверять. В большинстве случаев изучение экзопланет не идет пока дальше определения массы и орбитальных параметров. Но, как показывает нынешний пример с "планетой бурь", иногда можно узнать гораздо больше. Продолжает Сергей Попов:
– В некоторых случаях удается получить прямое изображение планеты. Но таких случаев немного, их можно пересчитать по пальцам. Во многих случаях удается отдельно измерить спектр планеты. Если планета затмевается звездой или проходит по ее диску, то, получив спектр, когда планета находится перед звездой, когда планета находится за звездой, мы можем вычесть одно из другого и получить спектр планеты. Это сейчас, пожалуй, наиболее продвинутый способ получения физических данных об экзопланетах. Мы можем сказать, что там есть какое-то вещество, можем примерно определить количество этого вещества. Но это не прямое измерение – померили спектр и тут же сказали, что в планете столько-то тонн метана. Чтобы получить это количество, нужно задать физические параметры планеты, строение ее атмосферы. Люди, как правило, рассчитывают теоретические модели на компьютерах, пытаются смоделировать спектр, и когда он совпадает с наблюдаемым, значит, мы можем надеяться, что мы всю модель построили правильно и, таким образом, мы можем сказать, например, что в данной планете содержание углерода в два раза больше солнечного.
– Сможем ли мы когда-нибудь изучать экзопланеты так же детально, как планеты Солнечной системы?
– Конечно, всегда далекие объекты изучать тяжелее. И уж тем более мы не можем в сколь-нибудь обозримом будущем к ним полететь. Тем не менее, строить карты примерно с такой точностью, как лет 50 назад строили карты Плутона, мы сможем. Но здесь существенно, что мы говорим о планетах-гигантах типа Юпитера. Мы видим внешний слой атмосферы, а это, конечно, не карта поверхности. Существуют различные методы, которые могут позволить у планет типа Земли по отраженному свету определить долю океанов на поверхности. Нельзя будет построить карту, но можно будет определить, что три четверти поверхности покрыты водой, например. Такие задачи решаемы в течение ближайших десяти лет, если быть оптимистом, – заключил Сергей Попов.
Звезда HD 209458 очень похожа на Солнце. Обнаруженная возле нее планета относится к классу "горячих юпитеров". То есть это газовый гигант, крутящийся очень близко от звезды. Его орбита в 10 раз меньше орбиты Меркурия вокруг Солнца. Страшный жар, идущий от звезды, порождает на планете колоссальные ураганы. Скорость ветра достигает двух километров в секунду. Навстречу такому потоку не пробьется даже сверхзвуковой истребитель.
Рассказывает астрофизик, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Сергей Попов:
– Масса у так называемого "горячего юпитера" примерно такая же, как у Юпитера. Период обращения – всего лишь три дня с хвостиком. Поэтому одна сторона планеты очень здорово нагревается звездой. Видимо, с освещенной стороны на ночную идет поток газа. Это движение газа в атмосфере со средней скоростью два километра в секунду мы и видим по сдвигу спектральной линии, – сказал Сергей Попов.
У каждого газа есть спектр — уникальная "подпись", которую он оставляет на проходящем через него световом луче. Молекулы каждого типа поглощают световые волны строго определенных цветовых оттенков. Если разложить свет далекой звезды в радужную спектральную полоску, на месте недостающих цветов будут видны темные линии. По ним-то и определяют, через какие газы проходил свет по пути к Земле. А изучение тонких особенностей спектра позволят сделать еще много важных выводов –например, определить температуру и скорость движения газа.
– Можно наблюдать определенную спектральную линию, – продолжает Сергей Попов. – По эффекту Доплера, если источник движется к нам, то свет сдвигается в синюю сторону, если от нас – то в красную. И это можно измерить. Нельзя сказать, в какой точке планеты померена соответствующая скорость – мы не видим непосредственно звезду и планету. Планета наблюдается во время прохождения по диску звезды. В этот момент мы достаточно хорошо можем разделить свет от планеты и свет от звезды. Можно вот такую аналогию придумать. Представьте, что у вас есть две бутылочки. В одной находится апельсиновый сок, в другой находится водка. Смешиваете – получаете коктейль "Отвертка". Но по вкусу можно очень точно сказать, сколько из какой бутылочки было налито в бокал с коктейлем. Вот точно также и в спектрах можно выделить то излучение, которое пришло прямо от планеты, потому что звезда это не испускает. Если в коктейле вы чувствуете вкус апельсина… его не было в водке, он не мог туда попасть из той бутылки. Так вот и здесь. Измеряя некоторую спектральную линию целиком от планеты, мы видим, что линия в данном конкретном случае смещена в синюю сторону на два километра в секунду. Тот газ (в данном случае это угарный газ СО), который испускает эту линию, в среднем в атмосфере планеты движется к нам со скоростью два километра в секунду.
– Но почему именно угарный газ? Неужели это основная составляющая атмосферы далекой планеты?
– Конечно же, для измерения параметров используется та линия, которая наиболее четко выделена. В данном случае ей оказалась линия, которая испускается угарным газом. В других случаях, у других планет, в спектрах самыми сильными оказывались другие линии. Точно так же как на Солнце, которое в основном состоит из водорода и гелия, самые сильные линии – не водородные и не гелевые. Интенсивность линий определяется не только обилием вещества, но и условиями, в которых происходит излучение.
– И все-таки откуда известно, что данная конкретная линия угарного газа появилась в спектре именно на этой далекой "планете бурь"? Не слишком ли это тонкий эффект, чтобы уверенно говорить об инопланетных ураганах?
– Когда люди это сняли на Большом телескопе в Чили, то они увидели большое количество линий. Подавляющая часть этих линий вообще возникает не в звезде, не в планете, прямо в атмосфере Земли. Это очень сложная, очень трудоемкая процедура – очистить спектр от лишних линий, возникающих в земной атмосфере. В спектре звезды, конечно, тоже есть много разных линий. В данном случае звезда, вокруг которой крутится планета, похожа на Солнце – температура поверхности около 6000 градусов. В таких условиях молекул практически нет. В спектре звезды излучения от молекулы СО не должно быть, и мы можем быть уверены, что оно связано именно с планетой, – объясняет Сергей Попов.
На сегодняшний день достоверно установлено существование около 500 планет у других звезд – такие планеты называют экзопланетами (внесолнечными планетами). Недавно группа, работающая с космическим телескопом "Кеплер", который специально предназначен для поиска экзопланет, сообщила, что выявила еще около 400 "кандидатов" – их еще предстоит проверять. В большинстве случаев изучение экзопланет не идет пока дальше определения массы и орбитальных параметров. Но, как показывает нынешний пример с "планетой бурь", иногда можно узнать гораздо больше. Продолжает Сергей Попов:
– В некоторых случаях удается получить прямое изображение планеты. Но таких случаев немного, их можно пересчитать по пальцам. Во многих случаях удается отдельно измерить спектр планеты. Если планета затмевается звездой или проходит по ее диску, то, получив спектр, когда планета находится перед звездой, когда планета находится за звездой, мы можем вычесть одно из другого и получить спектр планеты. Это сейчас, пожалуй, наиболее продвинутый способ получения физических данных об экзопланетах. Мы можем сказать, что там есть какое-то вещество, можем примерно определить количество этого вещества. Но это не прямое измерение – померили спектр и тут же сказали, что в планете столько-то тонн метана. Чтобы получить это количество, нужно задать физические параметры планеты, строение ее атмосферы. Люди, как правило, рассчитывают теоретические модели на компьютерах, пытаются смоделировать спектр, и когда он совпадает с наблюдаемым, значит, мы можем надеяться, что мы всю модель построили правильно и, таким образом, мы можем сказать, например, что в данной планете содержание углерода в два раза больше солнечного.
– Сможем ли мы когда-нибудь изучать экзопланеты так же детально, как планеты Солнечной системы?
– Конечно, всегда далекие объекты изучать тяжелее. И уж тем более мы не можем в сколь-нибудь обозримом будущем к ним полететь. Тем не менее, строить карты примерно с такой точностью, как лет 50 назад строили карты Плутона, мы сможем. Но здесь существенно, что мы говорим о планетах-гигантах типа Юпитера. Мы видим внешний слой атмосферы, а это, конечно, не карта поверхности. Существуют различные методы, которые могут позволить у планет типа Земли по отраженному свету определить долю океанов на поверхности. Нельзя будет построить карту, но можно будет определить, что три четверти поверхности покрыты водой, например. Такие задачи решаемы в течение ближайших десяти лет, если быть оптимистом, – заключил Сергей Попов.
