Химический анализ любых небесных тел, на которые нельзя высадиться, проводят методом спектроскопии, то есть раскладывая свет в спектр и отыскивая в нем характерные для тех или иных веществ темные полосы. Вместо видимого света часто используют инфракрасное излучение, рентгеновские лучи или вовсе нейтроны, но общий принцип от этого не меняется — нужно поймать излучение от объекта и разложить в спектр. Чем дальше, тем слабее сигнал и тем больше сложностей… но в случае с экзопланетами есть еще одна серьезная помеха.
Все экзопланеты светят только за счет отражения лучей той звезды, вокруг которой они обращаются. А звезда больше планеты в десятки раз, Юпитер на фоне Солнца выглядит вишней рядом с арбузом: долгое время астрономы не могли даже заметить экзопланеты рядом с многократно более яркими звездами. Лишь в 1988 году ученые смогли обнаружитьпланеты у других звезд, да и то по косвенным признакам — первые снимки экзопланет датируются уже началом нашего столетия.
Первые спектры экзопланет тоже были получены обходными путями, астрономы наблюдали за звездой как раз в тот момент, когда планета проходила на ее фоне, пересекая видимый диск. Ничтожно малая часть света при этом проходила через атмосферу, которая частично меняла его спектр — чувствительность оборудования уже ко второй половине 2000-х годов оказалась достаточной для спектрального анализа такого рода. А так как астрономические приборы все время совершенствуются, то группа американских исследователей решила не просто попробовать поймать отраженный свет от экзопланет напрямую, но и начать проводить такие спектральные исследования в массовом порядке. Это стало одной из целей Проекта 1640, программы по созданию нового, еще более чувствительного спектрографа для обсерватории Калифорнийского технологического университета.
Спектрограф, который был построен в рамках этого проекта, стал, как сообщает Калифорнийский технологический, настоящим шедевром оптического приборостроения. Сам диск звезды при наблюдениях закрывается круглой пластинкой звездного коронографа, специальные камеры одновременно делают 30 снимков в разных цветах, а система адаптивной оптики на лету подстраивает форму используемых в приборе зеркал для компенсации дрожания картинки из-за воздействия земной атмосферы. Расчеты показали, что все эти технологические ухищрения позволят всего за часовой сеанс наблюдений засечь планеты, свет от которых в десять миллионов раз слабее света звезд!
Снимок не очень эффектный — зато это реальный научный кадр, а не красивая картинка, нарисованная художником на основе добытых учеными данных. Авторы: Проект 1640
В рамках Проекта 1640 ученые планируют за три года провести наблюдения 200 звезд в радиусе 150 световых лет от Земли и эта масштабная программа стартовала в июне прошлого года. Сейчас в журнале Astrophysical Journal появилась статья, где рассказано о результатах спектрального анализа газовых гигантов, размерами превосходящими Юпитер: «Эти теплые, красные планеты непохожи ни на один известный объект во Вселенной» — говорит ведущий автор статьи Бен Оппенгеймер, астроном из Американского музея естественной истории. Ученые изучили четыре таких небесных тела и обнаружили, что все они заметно отличаются друг от друга.
Астроном также лишний раз подчеркнул технические сложности. «Представьте себе снимок небоскреба с самолета, по которому вы можете определить разом и высоту здания, и высоту крошечного выступа на тротуаре размером с две бактерии» — говорит он, наглядно иллюстрируя разницу в яркости звезды и планеты. Его коллега и соавтор Линна Хилленбраун из Калифорнийского технологического института добавляет, что новая техника «существенно продвинулась вперед по сравнению с предыдущим методом получения спектров во время прохождения экзопланет по диску звезды». Ученые обнаружили, что экзопланеты нарушают то правило, которое установлено для газовых гигантов в нашей собственной звездной системе: считалось, что аммиак и метан всегда соседствуют друг с другом. Вблизи звезды HR 8799 две планеты имеют разный химический состав, причем на них же впервые удалось засечь ацетилен и углекислый газ — вещества, никогда раньше в атмосфере экзопланет не обнаруживавшиеся. Еще небесные тела оказались слегка красноваты и это, вероятно, указывает на плотные облака: ученые всего за три десятка лет прошли путь от обнаружения планет-гигантов косвенным путем до исследования состава облаков в их атмосфере!