Новая волна экзопланетарной астрономии: «земные» сестры в видимом спектре

До недавнего времени не было строгого ограничения по типу планет, которые мы можем наблюдать с Земли. Технологии, которыми мы обладали, позволяли нам наблюдать только за массивными, юными, газовыми гигантами — горячие планеты хорошо отслеживались в инфракрасном спектре.

Благодаря команде астрономов из Аризонского университета мы подобрались ближе к возможности наблюдать за землеподобными планетами в видимом спектре, используя наземные телескопы.

«Наши глаза видят видимый свет, поскольку они развивались под светом Солнца, — говорит соавтор работы Кэти Моржински, сотрудник Сагана в Аризонском университете. — Солнце излучает большую часть энергии в видимом спектре, а Земля отражает видимый свет. Поэтому, чтобы найти земной аналог, нам нужно наблюдать в видимом спектре».

Гораздо проще уловить планету в инфракрасном спектре. Инфракрасная длина волны больше видимой длины волны. Таким образом, инфракрасные изображения меньше искажаются турбулентностью воздуха. Короткая длина волны, вроде видимого света, искажается больше. В результате, изображения планет, которые были сделаны в видимом спектре, как правило, размыты.

Чтобы преодолеть эту проблему, профессор Лэрд Клоуз из Аризонского университета разработал новую систему адаптивной оптики. Magellan Adaptive Optics, или MagAO, использует тонкую оболочку из стекла, удерживаемую над зеркалом телескопа магнитами. Пока собирается изображение юной планеты, стеклянная поверхность в 1,6 мм толщиной вытягивается и сжимается в сотнях мест. Это создает волнистую поверхность. Волнистое стекло противодействует искажению света в атмосфере, производя четкое окончательное изображение наблюдаемой планеты. MagAO может обнаружить юные планеты, некоторые из которых еще формируются возле ближайших звезд, на световой волне, близкой к видимой.

«Достижения в области адаптивной оптики означают то, что техника улучшается, и теперь у нас есть системы второго поколения в небе, — говорит доктор Джаред Мейлс, первый автор работы. — MagAO — это первая из таких техник, успешно делающая хорошие снимки в видимом спектре».

MagAO используется для поиска новых планет, а также для изучения ранее известных. Первую свою планету HD 106906 b MagAO обнаружил в декабре 2013 года. Она в одиннадцать раз больше Юпитера по массе и обращается вокруг своей звезды дальше, чем мы могли представить: более чем в 650 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца. Чтобы испытать возможность MagAO улавливать четкие снимки землеподобных планет в околовидимом спектре, 6,5-метровый телескоп Магеллана в Чили тренировался на Beta Pictoris b. Эта планета была открыта Европейским очень большим телескопов в Чили в 2008 году. Beta Pictoris b располагается всего в 9 расстояниях от Земли до Солнца относительно своей звезды. MagAO преодолел внутренний блеск обеих звезд и планет и сделал изображение, которое ближе к видимому световому спектру, чем любое другое, сделанное до этого любым земным телескопом.

«Звезда G2, как и наше Солнце, ярче всего в видимом спектре. Это означает, что планеты, подобные Земле, также будут яркими в видимом спектре, поскольку у них есть свойство отражать свет, — говорит Мейлс. — Поэтому если мы будем работать в видимом спектре, мы сможем получить меньшее угловое разрешение (то есть лучшее) для телескопа определенного диаметра. Землеподобные планеты находятся ближе к своим звездам, поэтому нам нужно хорошее угловое разрешение, чтобы их наблюдать».

Хотя этот метод превзошел все доступные ранее техники наблюдения планет в околовидимом спектре, остается проверить, может ли он видеть более холодные планеты в зоне потенциальной обитаемости.

«Мы убеждены, что планета в пределах 1 астрономической единицы от звезды G2 может быть населена, поскольку Земля населена», — считает Мейлс.

Поиск таких планет займет месяцы работы телескопа.

«Мы не можем заняться поиском обитаемых планет, поскольку у нас нет месяцев, которые мы можем отвести в год работе с нашими инструментами, — говорит Моржински. — Магеллановы телескопы делят между собой Аризонский университет, Обсерватория Карнеги, Гарвард, MIT, Мичиган, Чили и Австралия».

Тем не менее космические телескопы сложно вывести на орбиту и еще сложнее ими воспользоваться. Возможно, именно эта техника MagAO позволит нам увидеть первую обитаемую «землю» в космосе своими глазами.