Ослепленные светом

Так что же мешает нам проанализировать спектр какой-нибудь экзопланеты и узнать состав ее атмосферы? Как выяснилось, света для этого вполне хватает. Многие планеты, обращающиеся вокруг видимых невооруженным глазом звезд, достаточно яркие, чтобы их можно было увидеть в наши лучшие телескопы. Газовые гиганты легче заметить, чем меньшие по размеру каменные планеты, поскольку они отражают больше света. Основная проблема связана с яркостью родительской звезды, которая может превышать яркость отраженного планетой света в десятки миллиардов раз. Он затмевает свет экзопланет. Кроме того, существует принципиальное ограничение для всех телескопов, которое не позволяет им получить четкое изображение удаленной звезды. Звезда всегда будет казаться немного размытой, в результате чего экзопланета тонет в ее пятне.

Но когда планета проходит перед диском родительской звезды, ее атмосфера ненадолго подсвечивается. Если атмосфера прозрачна, звездный свет может проходить через нее. И в таком случае какая-то его доля поглощается, но лишь на тех длинах волн, которые соответствуют присутствующим в атмосфере атомам и молекулам. Если в атмосфере есть углекислый газ, водяной пар, кислород, метан и им подобные газы, каждый из них оставит свою линию поглощения в общем спектре проходящего света звезды. Таким образом, транзиты дают нам непродолжительную, хотя и повторяющуюся возможность заглянуть в атмосферу планеты.

Итак, если мы направим самые чувствительные телескопы на самые перспективные из известных нам экзопланет (чьи родительские звезды не слишком ярки и период обращения не слишком долог), чего мы сможем добиться? Сможем ли мы увидеть их атмосферу? Да, сможем: возможности современного спектрального анализа не отстают от нашей способности открывать новые землеподобные миры.

Наше внимание особенно привлекают два мира: HAT-P-11b и GJ1214b. Оба эти мира находятся в диапазоне от Нептуна до сверхземли. Масса HAT-P-11b в 26 раз превышает массу нашей планеты, а радиус — в 4 раза. Масса GJ1214b больше массы Земли в 6 раз, а радиус — чуть меньше, чем в 3. Что интересно, обе экзопланеты имеют ту же плотность, что и Нептун, — примерно 1/3 от плотности Земли, или в полтора раза больше плотности воды. Предположительно, HAT-P-11b — горячий нептуноподобный мир, а GJ1214b представляется нам как теплая, газообразная сверхземля — из-за большой, раздутой атмосферы планета кажется больше, чем на самом деле, и поэтому ее плотность выглядит меньше.

Но что мы можем сказать об их атмосферах? Исследования проводились с использованием камеры для наблюдений в широком диапазоне волн, установленной на «Хаббле», во время транзита каждой из экзопланет перед родительской звездой. Линии поглощения на полученных спектрах получились широкими и нерезкими, и определить состав атмосферы можно только при самых благоприятных условиях. Несмотря на это, можно утверждать, что в спектре присутствуют широкие линии поглощения водного пара. В случае GJ1214b результат одновременно озадачил и раздосадовал ученых: спектр оказался гладким, что может указывать на присутствие плотных облаков, которые практически не пропускают свет родительской звезды.

Пожалуй, так происходит всегда, когда мы пытаемся вырвать у природы ее тайны. Даже беглый взгляд на атмосферы далеких планет требует напряженных усилий на пределе возможностей наших современных телескопов. Каждый отдельный успех — такой как HAT-P-11b или GJ1214b — дает нам лишь маленький кусочек головоломки: как атмосфера зависит от массы, температуры и состава планеты? Где-то среди разрозненных частей этой головоломки может быть спрятана отгадка существования жизни. Но как ее распознать? Как отыскать иголку в стоге сена?