Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Преломление звездного света атмосферами экзопланет

 Преломление звездного света атмосферами экзопланет
Ученые исследуют два случая преломления света экзопланетами во время их транзита мимо родительских звезд.


 

Когда планета проходит транзитом перед своей родительской звездой, часть света звезды проходит через атмосферу планеты и производит спектр передачи, который несет детальную информацию об атмосфере планеты. Этот метод использовался учеными для того, чтобы характеризовать атмосферы экзопланет в пределах планет от горячего Юпитера до Суперземли. Новый телескоп Джеймса Уэбба, который готовится к запуску в 2018 году, должен значительно увеличить шансы ученых на использование метода спектроскопии при изучении атмосфер более маленьких экзопланет, чем Суперземля.

Свет преломляется и изгибается, когда он проходит через атмосферу планеты из-за градиента индекса преломления. Это вызвано тем, что индекс преломления зависит от высоты. В утонченной верхней атмосфере планеты индекс преломления ниже по сравнению с плотной более низкой атмосферой. Во время событий, связанных с транзитом планеты перед ее звездой-хозяином, главный эффект преломления состоит в том, что часть света при прохождении звезды через атмосферу планеты может быть преломлена к отдаленному наблюдателю до транзита и преломлена далеко от отдаленного наблюдателя во время транзита.

Принимая во внимание эффект преломления, исследователь Амит Мисра (Amit Misra) и его коллеги смоделировали в этом году спектр передачи Земного аналога (т.е. планеты, которая идентична Земле во всех отношениях) до и во время транзита перед родительской звездой. Эти два случая были выдвинуты на первый план в исследовании. В первом случае, земной аналог вращается вокруг подобной Солнцу звезды и земной аналог, вращающегося вокруг звезды M5V, то есть красного карлика. Из-за преломления есть максимальный уровень давления тангенса, который может быть исследован со спектроскопией передачи во время случая транзита. В исследовании максимальное давление тангенса определено как уровень давления в атмосфере планеты, в которой переданы 50 процентов звездного потока.

Рисунок 1: видение художника землеподобной планеты на орбите вокруг красной карликовой звезды. Поскольку красная карликовая звезда намного более прохладна и менее ярка, чем Солнце, планета должна была бы быть намного ближе к своей звезде для того, чтобы получить достаточно тепла, чтобы быть пригодной для жизни. На таком близком расстоянии планета была бы постоянно повернута к своей родительской звезде  одним полушарием, что, вероятно, привело бы к необычной климатической системе.

Рисунок 2: видение художника землеподобной планеты вокруг Солнца.

Результаты эксперимента показывают, что для земного аналога, вращающегося вокруг звезды M5V, спектроскопия передачи во время транзита может исследовать атмосферу планеты с давлениям до ~0.9 баров. Это давление - максимальный уровень давления тангенса, и это соответствует высоте примерно 1 км, указывая, что почти вся атмосфера может быть исследована. Для земного аналога, вращающегося вокруг подобной Солнцу звезде, максимальный уровень давления тангенса во время транзита - ~0.3 бара, что соответствует высоте примерно 14 км. Это означает, что спектроскопия передачи неэффективна в исследовании более низких слоев атмосферы планеты.

Различные газы в атмосфере производят различные спектральные особенности, которые могут быть идентифицированы в спектре передачи атмосферы планеты во время транзита. Эффект преломления уменьшает сигнал к шумовому отношению (SNR) этих спектральных особенностей. Для земного аналога, вращающегося вокруг звезды M5V, уменьшение в SNR составляет ~10 процентов для всех спектральных особенностей и ~15 процентов для особенностей H2O. Для земного аналога, вращающегося вокруг подобной Солнцу звезды, уменьшение в SNR намного больше, ~60 процентов для всех спектральных особенностей и ~75 процентов для особенностей H2O.

По мере прогрессирования транзита, преломление производит временные изменения в спектре передачи атмосферы планеты. Различия в спектрах передачи между каждой стадией прогрессии транзита могут показать зависимое от высоты изобилие газов, таким образом позволяя вертикальное профилирование атмосферы планеты. На Земле изобилие газов, таких как кислород и углекислый газ однородно всюду по атмосфере. Однако у газов, таких как H2O, озон и метан есть зависимое от высоты изобилие. Например, H2O в изобилии в более низких высотах, но становится утонченным на высотах выше ~10 км.

Рисунок 3: модель атмосферного температурного профиля Земли и газовых отношений смешивания объема.

Рисунок 4: Максимальная сумма переданного звездного потока в каждой высоте для земного аналога, вращающегося вокруг подобной Солнцу звезды и земного аналога, вращающегося вокруг звезды M5V.

Для земного аналога, вращающегося вокруг подобной Солнцу звезды, возможно, до входа в транзит, исследовать нижнюю атмосферу планеты. Это вызвано тем, что у более плотной более низкой атмосферы планеты есть больший индекс преломления, что позволяет свету быть отклоненным в целом на достаточный угол и быть видимым для  отдаленного наблюдателя даже при том, что планета все еще на некотором расстоянии от того, чтобы начать свой транзит перед родительской звездой. Однако переданный звездный поток до входа в транзит очень маленький, так как большая часть атмосферы планеты непрозрачна. Во время самого транзита, особенно во время середины транзита, те же самые большие углы отклонения, соответствующие более плотной более низкой атмосфере планеты, отклоняют звездный поток и делают его практически невидимым для отдаленного наблюдателя. Это определяет максимальное давление тангенса и препятствует тому, чтобы более плотная более низкая атмосфера была исследована спектроскопией передачи во время самого транзита.

Ожидается, что телескоп Джеймса Уэбба (JWST) будет в состоянии обнаружить спектр передачи земного аналога, вращающегося вокруг звезды M5V. Тем не менее, спектр передачи земного аналога, вращающегося вокруг подобной Солнцу звезды, был бы вне возможностей обнаружения телескопа JWST. Вертикальное профилирование атмосферы земного аналога, наблюдая временные изменения в спектрах передачи ее атмосферы также вне возможностей JWST независимо от того, является ли звезда вблизи изучаемой экзопланеты подобной Солнцу звездой или звездой как красный карлик M5V.

 

Рисунок 5: Диаграмма, показывающая, какие высоты могут быть исследованы в разное время во время транзита для земного аналога, вращающегося вокруг подобной Солнцу звезды. Цветные области соответствуют областям атмосферы, куда звездный поток передан, и белые области - части атмосферы, которые непрозрачны для отдаленного наблюдателя. Во время (фиолетовой) ранней стадии передачи звездного потока происходит  на высоте от ~2 до 15 км. Впоследствии, звездный поток передан через более высокие части атмосферы: ~5 км – 17 км (голубым) , ~30 км (желтым) , выше 7 км (синий). Поскольку планета достигает центра транзита (зеленый, потом красный), большая часть звездного потока передана на высотах выше ~14 км. 

 Рисунок 6: Зависимость стадий транзита (разные цвета) от высоты передачи светового спектра.

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Телескоп Уэбба запечатлел раннее образование галактики

Телескоп Уэбба запечатлел раннее образование галактики

Астрономы из Центра космического рассвета (DAWN) раскрыли природу самой плотной области галактик, наблюдаемой космическим телескопом Джеймса Уэбба в ранней Вселенной.

Ученые считают, что это прародитель массивной галактики, похожей на Млечный Путь, наблюдаемой в то время, когда она все еще собиралась из более мелких галактик. Открытие подтверждает наше понимание того, как формируются галактики. Согласно нынешнему пониманию формирования структур во Вселенной, галактики формируются иерархическим образом, при этом небольшие структуры формируются сначала в очень р...
01.02.23 13:31
0
0
Молекулярные облака продлевают себе жизнь, постоянно собирая себя заново

Молекулярные облака продлевают себе жизнь, постоянно собирая себя заново

Астрономы недавно обнаружили, что гигантские облака молекулярного водорода, место рождения звезд, могут жить десятки миллионов лет, так как отдельные молекулы постоянно разрушаются и собираются заново. Это новое исследование помогает внести важный вклад в понимание общей картины того, как рождаются звезды.

Чтобы создать звезды, сначала нужны гигантские облака молекулярного газообразного водорода. Это резервуары, которые могут подвергнуться катастрофическому коллапсу. При этом могут появиться сразу десятки и даже сотни звезд. Без резервуаров газа невозможно создать звезды, поэтому астрономов особенно интересует, как ведут себя эти облака. Эволюция облаков в галактической среде может рассказать об ист...
31.01.23 08:45
0
1
Ультратонкое покрытие делает солнечные батареи самоочищающимися

Ультратонкое покрытие делает солнечные батареи самоочищающимися

Солнечные панели не могут эффективно работать когда грязные, но их регулярная очистка может занять много времени. Инженеры в Германии разработали ультратонкое покрытие, которое сделает солнечные панели и другие поверхности самоочищающимися.

Солнечная энергия — крупнейший источник возобновляемой энергии, и быстро растет. Но, как можно себе представить, невозможно отправить кого-то со шваброй для очистки миллионов солнечных панелей в каждом парке. В идеале они бы сами очищались, и теперь исследователи из Института Фраунгофера в Германии добились успехов в этой концепции. Команда создала покрытие, которое меняет свою реакцию на воду в ...
30.01.23 13:27
0
0
Метеориты раскрывают вероятное происхождение летучих химических веществ Земли

Метеориты раскрывают вероятное происхождение летучих химических веществ Земли

Метеориты рассказали исследователям о вероятном далеком происхождении летучих химических веществ Земли, некоторые из которых составляют строительные кирпичики жизни.

Они обнаружили, что около половины земных запасов летучего элемента цинка приходится на астероиды, происходящие из внешней части Солнечной системы — части за поясом астероидов, который включает планеты Юпитер, Сатурн и Уран. Предполагается, что из этого материала были получены и другие важные летучие вещества, такие как вода. Летучие вещества — это элементы или соединения, которые переходят из тв...
28.01.23 14:04
0
0
Телескоп Уэбба запечатлел раннее образование галактики

Телескоп Уэбба запечатлел раннее образование галактики

Астрономы из Центра космического рассвета (DAWN) раскрыли природу самой плотной области галактик, наблюдаемой космическим телескопом Джеймса Уэбба в ранней Вселенной.

Ученые считают, что это прародитель массивной галактики, похожей на Млечный Путь, наблюдаемой в то время, когда она все еще собиралась из более мелких галактик. Открытие подтверждает наше понимание того, как формируются галактики. Согласно нынешнему пониманию формирования структур во Вселенной, галактики формируются иерархическим образом, при этом небольшие структуры формируются сначала в очень р...
01.02.23 13:31
0
0
Молекулярные облака продлевают себе жизнь, постоянно собирая себя заново

Молекулярные облака продлевают себе жизнь, постоянно собирая себя заново

Астрономы недавно обнаружили, что гигантские облака молекулярного водорода, место рождения звезд, могут жить десятки миллионов лет, так как отдельные молекулы постоянно разрушаются и собираются заново. Это новое исследование помогает внести важный вклад в понимание общей картины того, как рождаются звезды.

Чтобы создать звезды, сначала нужны гигантские облака молекулярного газообразного водорода. Это резервуары, которые могут подвергнуться катастрофическому коллапсу. При этом могут появиться сразу десятки и даже сотни звезд. Без резервуаров газа невозможно создать звезды, поэтому астрономов особенно интересует, как ведут себя эти облака. Эволюция облаков в галактической среде может рассказать об ист...
31.01.23 08:45
0
0
Метеориты раскрывают вероятное происхождение летучих химических веществ Земли

Метеориты раскрывают вероятное происхождение летучих химических веществ Земли

Метеориты рассказали исследователям о вероятном далеком происхождении летучих химических веществ Земли, некоторые из которых составляют строительные кирпичики жизни.

Они обнаружили, что около половины земных запасов летучего элемента цинка приходится на астероиды, происходящие из внешней части Солнечной системы — части за поясом астероидов, который включает планеты Юпитер, Сатурн и Уран. Предполагается, что из этого материала были получены и другие важные летучие вещества, такие как вода. Летучие вещества — это элементы или соединения, которые переходят из тв...
28.01.23 14:04
0
0
Внутреннее ядро Земли перестало вращаться?

Внутреннее ядро Земли перестало вращаться?

Внутренняя часть нашей планеты — очень загадочное место, и теперь ученые раскрыли новую странную тайну. Согласно новому исследованию, внутреннее ядро Земли недавно перестало вращаться относительно поверхности в рамках многолетнего цикла.

С тысячами километров горных пород на пути трудно получить хорошее представление о том, что именно происходит в центре Земли. Ученым приходится изучать его косвенно, измеряя изменения магнитного поля, древние кристаллы или то, как сейсмические волны от землетрясений распространяются сквозь разные слои. Это помогло геологам узнать новые детали, в том числе то, что ядро могло состоять из суперионног...
26.01.23 10:17
0