Pēdējās desmitgadēs atklāto un apstiprināto ārpus saules planētu skaits ir eksponenciāli pieaudzis. Pašlaik 3818 eksoplanetu esamība ir apstiprināta 2818 planētu sistēmās, un vēl 2737 kandidāti gaida apstiprinājumu. Tā kā šis planētu apjoms ir pieejams studijām, eksoplanētu izpētes uzmanības centrā ir sākusies pāreja no noteikšanas uz raksturošanu.
Piemēram, zinātnieki arvien vairāk interesējas par eksoplanetu atmosfēras raksturošanu, lai viņi ar pārliecību varētu pateikt, ka viņiem ir dzīvībai piemērotas sastāvdaļas (t.i., slāpeklis, oglekļa dioksīds utt.). Diemžēl, izmantojot pašreizējās metodes, tas ir ļoti grūti. Tomēr saskaņā ar jaunu starptautiskas astronomu komandas pētījumu nākamās paaudzes instrumenti, kas paļaujas uz tiešu attēlveidošanu, būs spēles mainītāji.
Pētījums “Tieša attēlveidošana atspoguļotā gaismā: vecāku, mērenu eksoplanetu raksturojums ar 30 m teleskopiem” nesen parādījās tiešsaistē. Pētījumu vadīja Maikls Ficdžeralds un Bens Mazins - attiecīgi Kalifornijas Losandželosas Universitātes (UCLA) astrofizikas asociētie profesori un Kalifornijas Universitātes Santa Barbaras (UCSB) Worster Eksperimentālās fizikas katedra.
Viņiem pievienojās pētnieki no Monreālas Universitātes Eksoplanetu izpētes institūta (iREX), NASA reaktīvo dzinēju laboratorijas, Kārnegi observatorijas, Stjuarta observatorijas, Japānas Nacionālās astronomiskās observatorijas, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT), Kalifornijas. Tehnoloģiju institūts (Caltech) un vairākas universitātes.
Kā viņi norāda savā pētījumā, mūsu iespējas raksturot eksoplanetes šobrīd ir ierobežotas. Piemēram, mūsu pašreizējās metodes - visizplatītākās ir tranzīta metode un radiālā ātruma mērījumi - ir novedušas pie tā, ka ir atklāti tūkstošiem īslaicīgu planētu (planētas, kas riņķo apkārt savai saulei ar apmēram 10 dienu periodu). Tomēr šo metožu jutīgums sāk ievērojami samazināties, jo tālāk eksoplanete atrodas no saules.
Turklāt ilgtermiņa planētas arī lielākoties nav pieejamas, ciktāl tas attiecas uz to spektriem. Šāda veida analīze ietver gaismas izmērīšanu, kas iziet cauri planētas atmosfērai, kad tā iziet no zvaigznes. Izmērot spektrus, lai noteiktu tā sastāvu, zinātnieki var raksturot eksoplanētas atmosfēru un noteikt, vai planēta patiesībā varētu būt apdzīvojama.
Lai to risinātu, grupa ierosina, ka tieša noteikšana (pazīstama arī kā tieša attēlveidošana) būs efektīvāka metode eksoplanētu atmosfēras raksturošanai. Kā Dr. Étienne Artigau, iREX pētniece un pētījuma līdzautore, izskaidroja Space Magazine pa e-pastu (tulkots no franču valodas)
“Neviena pagaidām atklāta planēta nav atrasta“ atstarotā gaismā ”. Kad mēs redzam mūsu Saules sistēmas planētas, mēs tās varam redzēt tāpēc, ka tās apgaismo Saule. Tādā pašā veidā citu zvaigžņu planētas atspoguļo gaismu, un šo gaismu jābūt iespējai noteikt ar pietiekami jaudīgu teleskopu. Plūsmas koeficients starp planētām un to zvaigznēm ir milzīgs - apmēram 1 miljards, salīdzinot ar planētām, kuras atklāj to termiskā emisija, vai arī šī attiecība drīzāk ir aptuveni 1 miljons. ”
Pašlaik tieša attēlveidošana ir vienīgais līdzeklis ne tranzīta eksoplanētu, īpaši to, kas atrodas vidējā un lielā attālumā no saules stariem, spektru iegūšanai. Šajā gadījumā astronomi iegūst spektrus no gaismas, kas atstarojas no eksoplanētas atmosfēras, lai noteiktu tā sastāvu. Līdz šim tiešā veidā ir attēlota tikai nedaudz eksoplanetu, kuras visas bija pašizgaismojoši super-Jupiters, kas apriņķoja savas saimnieka zvaigznes simtu vai tūkstošu ĀS attālumā.
Šīs planētas bija ļoti jaunas, un to temperatūra pārsniedza 500 ° C (932 ° F), kas padara tās par diezgan retu planētu klasi. Rezultātā astronomiem nav informācijas par eksoplanetu atmosfēras daudzveidību, it īpaši, ja runa ir par mazākām, akmeņainām planētām, kuru temperatūra ir līdzīgāka Zemes temperatūrai - kur virsmas temperatūra ir vidēji ap 15 ° C (58,7 ° F).
Tas ir saistīts ar faktu, ka esošajiem teleskopiem vienkārši nav jutības, lai tieši attēlotu mazākas planētas, kas riņķo tuvāk zvaigznēm. Kā viņi noteica savā pētījumā, lai raksturotu to planētu atmosfēru, kuras atrodas 5 AU robežās no zvaigznēm (kur radiālā ātruma apsekojumi ir atklājuši daudzas planētas), būtu nepieciešams teleskops ar 30 metru atvērumu, kas apvienots ar modernu adaptīvo optiku, koronagrāfs un spektrometru un attēlu veidotāju komplekts.
"Īsāk sakot, neviens pašreizējais teleskops nevar atklāt šīs planētas, pat ap mums vistuvāk esošajām zvaigznēm, taču ir pamats uzskatīt, ka nākamās paaudzes teleskopi ar diametru 30 m un vairāk to spēs," sacīja Artiqua. "Nav skaidrs, vai sākotnēji kāds spēs atklāt tādas planētas kā Zeme, taču vismaz vienai vajadzētu būt spējīgai atklāt planētas, kas salīdzināmas ar Urānu un Neptūnu, un tas jau būtu izcils rezultāts."
Šādas nākamās paaudzes iekārtas un adaptīvie optikas instrumenti ietver Planetary Systems Imager (PSI) trīsdesmit metru teleskopā (TMT), kas ir paredzēts būvniecībai Mauna Kea, Havaju salās. Un tur ir GMagAO-X instruments uz Milzu Magelāna teleskopu (GMT), kas šobrīd tiek būvēts Laskampānas observatorijā un kuru paredzēts pabeigt 2025. gadā.
Kā norādīja Artigau, apsekojumi, kas veikti ar šiem nākamās paaudzes instrumentiem, ļaus astronomiem atklāt un raksturot plašāku planētu klāstu, kā arī ļaus meklēt iespējamās dzīvības pazīmes (sauktas arī par bioparakstiem), kā vēl nekad:
“Tas ļaus mums tieši izpētīt gaismu, kas nāk no planētām, kas ir tikai nedaudz lielākas nekā Zeme (un varbūt kā Zeme, ja mēs esam optimistiski noskaņoti). Šī ir viena no mūsu labākajām iespējām meklēt dzīves parakstus šajā gaisotnē. Pat ja mēs neatradīsim dzīvības parakstu, tas ļaus izprast veselas planētas klases, kuras mēs redzam netieši (tranzīts, radiālais ātrums), bet par kurām neko nezinām. Tieša attēlojuma nozīme ir tāda, ka tas ļauj tieši noteikt šo planētu atmosfēru un pat virsmu. Augstas izšķirtspējas spektrogrāfa pievienojums sniedz arī priekšstatu par vējiem un globālo vēja cirkulāciju, kā arī pārbauda dažādu molekulu klātbūtni. ”
Protams, joprojām būs ierobežojumi tam, ko zinātnieki var iemācīties, izmantojot tiešās attēlveidošanas metodi, pat ar šiem nākamās paaudzes instrumentiem un teleskopiem. Bet eksoplanētu izpētes iespējas un to ietekme ir milzīga. Iesākumā astronomi varētu gūt labāku priekšstatu par mazāku, klinšainu planētu demogrāfiju, kas riņķo ap zvaigznēm attiecīgajās apdzīvojamās zonās.
““ Potenciāli apdzīvojamo ”planētu noteikšana, protams, šeit ir visaizraujošākais gadījums, taču ir svarīgi atcerēties, ka tas būs samērā grūti pat ar 30 m teleskopu,” sacīja Artigua. "Veicot statistisko prognozi, vajadzētu būt tikai dažām (iespējams, mazāk nekā 10) sauszemes planētām, kuras būs pieejamas un kurām būs līdzīga temperatūra kā mūsu."
Šajā planētu diapazonā Artigau un viņa kolēģi var iedomāties vairākus interesantus scenārijus. Piemēram, daži var būt līdzīgi Venērai, kur blīva atmosfēra un samērā tuvu orbīta rada bēgošu siltumnīcas efektu. Citi var būt tādi kā Marss, kur saules vējš vai izvirdumi ir attīrījuši planētu atmosfēru. Bez tam var būt zemes planētas, kuras mēs pat nespējam iedomāties.
“Īsāk sakot, apdzīvojamām planētām varētu būt ļoti liela iztēle nekā mums,” secināja doktors Artiqau. "Šī eksoplanetu daudzveidība nozīmē arī to, ka mums jābūt uzmanīgiem, prognozējot, ka tie būs apdzīvojami."
"Galvenais ir tas, ka mēs varam darīt pārsteidzošas lietas, pētot eksoplanetes no zemes ar 30 m teleskopiem, taču, lai sagatavotos šo instrumentu uzbūvei 30 m teleskopiem, ir nepieciešami ievērojami ieguldījumi tehnoloģijā," piebilda Maziņš.
Pētījums bija iespējams, pateicoties papildu palīdzībai, ko sniedza Kanādas Nacionālā pētījumu padome (NRC) un Giant Magellan Telescope Organization (GMTO) Corporation.
