Атмосфера Титана, будет полезна в исследовании туманных экзопланет

0
4

Существует более чем тысяча подтвержденных планет за пределами нашей солнечной системы, состав атмосферы которых пытаются определить астрономы, чтобы узнать, возможно ли существование на них жизни.

Все же изучение небесного тела, находящегося так далеко, остается все еще проблематичным. Астрономы усовершенствуют свою технику для наблюдения за экзопланетами с помощью объекта, о котором мы знаем намного больше, поскольку он относится к нашей собственной солнечной системе — спутнике Сатурна, Титане. Процесс должен помочь ученым лучше понять то, на что может быть похож сигнал с туманной планеты, которая подобна Титану.

Одной из проблем с сигналами считывания атмосферы других планет является сложность определения различий между густым облаком смога подобного туману из газовых очагов. В то же время наблюдатели будут вынуждены столкнуться с тем, что астрономы называют шумом, посторонними сигналами, не связанными с планетой, которая изучается. Независимо от того, возникает ли он от столкновений с иными материалами на пути от планеты до Земли, или от механических неполадок инструментов, шум становится препятствием, которое может исказить точные показания.

«Наблюдатели борются с попыткой отличить сигналы туманного газа от сигналов шума», сообщил по электронной почте журналу Астробиологии Тайлер Робинсон, представитель Научно-исследовательского центра в Эймсе, NASA.

Робинсон был ведущим автором исследования, которое использовало космический корабль NASA Кассини, чтобы исследовать Титан по-новому. Его результаты были изданы в журнале Proceedings Национальной академии наук и представлены на зимней встрече американского Астрономического Общества в Сиэтле, Вашингтон. «Мы обеспечили почти бесшумное получение данных, чтобы помочь наблюдателям за экзопланетами лучше интерпретировать свои наблюдения».

Планета с преобладанием тумана

При прохождении далекой планеты перед своей звездой, свет преломляется через ее атмосферу. Изучая этот отрывок с различными длинами волн, используя метод, известный под названием транзитной спектроскопии, ученые смогли увидеть, как изменяется сигнал с каждого наблюдения, и определили состав атмосферы.

Некоторые планеты предоставили безликие показания, без признаков, указывающих на состав атмосферы. Для ученых, это свидетельствовало о плотном слое облаков и тумана в атмосфере, который поглощает свет от звезды, блокируя показания нижних слоев атмосферы, что позволило ученым сказать больше об атмосфере планеты и ее потенциальной обитаемости.

«Обнаружить верхние слои облаков в атмосферах экзопланет не составит труда — фактически они обычно довольно очевидны», — сообщила журналу Астробиологии Хизер Нутсон из Калифорнийского технологического института. Нутсон, которая не была вовлечена в исследование, изучает физику и химию атмосфер экзопланет. «Настоящая проблема состоит в том, что эти слои облака скрывают атмосферные поглотительные сигналы, которые мы пытаемся измерить. В некоторых случаях высотные облака могут заставить принять небольшую планету с плотной, богатой водородом атмосферой за ту, что похожа на планету с более компактной атмосферой из более тяжелых элементов, таких как вода или углекислый газ».

Чтобы понять, как высотные дымки могут повлиять на прохождение света через атмосферу, Робинсон и его команда использовали космический аппарат Кассини-Гюйгенс для изучения спутника Сатурна, Титана. Используя Кассини, они наблюдали восход и захода Солнца через атмосферу Луны, во время процесса, известного как затмение.

Для этого, космические аппараты находятся достаточно близко к Луне, в то время как источник света солнце располагается относительно далеко. Для исследования экзопланет ситуация меняется на противоположную. Главная звезда находится относительно близко к планете, в то время как наблюдатели на Земле находятся далеко от системы.

«Затенения в Солнечной системе и в транзитах экзопланет являются совершенно дополнительными», — утверждает Робинсон. – «В обоих случаях свет, который пропускается сквозь атмосферу, несет с собой спектральные подписи любых газов, туманов, и облаков, которые могут присутствовать в атмосфере планеты».

Спутник Сатурна Титан становится идеальной мишенью для понимания туманных миров. Спутник самое туманное тело в Солнечной системе, с богатыми на азот верхними слоями атмосферы и облаками метана, которые вызывают дождь, падающий на поверхность планеты.

По слова Нутсон: «Хотя другие тела Солнечной системы также в своем составе имеют фотохимические туманы, Титан отличный пример тела, в наблюдаемой атмосфере которого доминирует дымка. Он также является хорошим объектом для изучения, потому что имеет твердую поверхность и относительно тонкую атмосферу, и, следовательно, может быть хорошим аналогом для земной экзопланеты с фотохимическим слоем дымки».

Ученые обнаружили, что туман блокировал лучше синий свет, чем красный, а не блокировал весь свет одинаково, как считалось ранее. Это означает, что экзопланеты, которые, как предполагалось, должны иметь в своем составе туман, подобный тому, что в составе Титана, фактически возвращали плоские, невыразительные спектры, которые не присуще на те, что излучала атмосфера спутника Сатурна.

«Таким образом, как показывают наши наблюдения, для миров, где нашим нынешним лучшим объяснением их плоского спектра является туманный слой всей планеты, дымка Титана не служит хорошей аналогией определенных составляющих туманного слоя этих далеких миров», — говорит Робинсон. «Некоторые другие виды тумана, с различными свойствами взаимодействия со светом, могут объяснить плоский спектр.»

Титан может быть лучшим примером солнечной системы туманного тела, однако потусторонние миры могут предложить понимание разнообразия экзопланет, которые, вероятно, ученым еще предстоит открыть. «Большинство миров Солнечной системы в своей атмосфере имеют облака или туманы нескольких типов», — утверждает Робинсон. «Изучая затенения — скажем, Венерой или атмосферой Сатурна — в Солнечной системе, у нас есть захватывающая возможность исследовать разнообразие способов, которыми туманы и облака могут влиять на спектры транзита».