Будущая космическая обсерватория сможет использовать экзозатмения для изучения популяций экзоспутников.

Если вы похожи на нас, то вы всё ещё не отошли от небесной эйфории, вызванной полным солнечным затмением прошлого месяца. Зрелище, когда Луна закрывает Солнце, в прошлом также давало астрономам уникальные научные возможности — от открытия гелия до доказательства общей теории относительности. Теперь затмения в удалённых экзопланетных системах могут помочь в поисках неуловимых экзоспутников.

Недавнее исследование Мичиганского университета в сотрудничестве с APL Джона Хопкинса, факультетом физики и Институтом астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института под названием «Экзоспутники и экзокольца с обсерваторией пригодных для жизни миров I: Об обнаружении теней и затмений, аналогов системы Земля-Луна» предполагает использование будущей миссии для поиска затмений, транзитов и покрытий в удалённых системах.

Охота на экзоспутники

«В отличие от существующих обсерваторий, HWO, вероятно, сможет обнаруживать экзоспутники, используя различные методы обнаружения, — сказала Universe Today ведущий автор исследования Мэри Энн Лимбах (Мичиганский университет). — В системе, где мы обнаружим экзоспутник через экзозатмение, мы сможем наблюдать и другие сигнатуры, например, свет от экзоспутника, содержащийся в спектре комбинированного отражённого света экзоспутника и его планеты».

Предлагаемая обсерватория Habitable Worlds Observatory (HWO) была разработана на основе концепции LUVOIR-B (Large Ultraviolet Optical and Infrared explorer). Она была отмечена в Десятилетнем обзоре астрономии космического базирования Astro2020. HWO будет работать из солнечно-земной точки Лагранжа L2 (в настоящее время там находятся «Euclid» и «Уэбб») и будет запущен на SLS или Falcon Heavy где-то в середине 2030-х годов. HWO будет использовать свободно летающий «звёздный щит», позволяющий наблюдать экзопланеты, вращающиеся вокруг звёзд, напрямую. Но что действительно привлекает наблюдателей, так это идея увидеть крупные луны, вращающиеся вокруг планет. До сих пор заявления об обнаружении экзоспутников, таких как Kepler-1625b и Kepler-1708b, оставались неподтверждёнными. Однако если эти луны вращаются в плоскости эклиптики, то мы увидим заметные провалы в яркости, когда спутники попадают в тень планеты, а затем отбрасывают свои тени на материнскую планету.

Затмения, транзиты и покрытия

В астрономии мы называем эту схему затмения-транзита серией взаимных событий, когда одно тело проходит перед другим. В нашей Солнечной системе ярким примером этого является Юпитер. Земля и Луна переживают подобные события дважды в год в течение так называемых сезонов затмений.

«Основная миссия HWO — поиск признаков жизни на планетах, вращающихся вокруг других звёзд. Для этого HWO придётся наблюдать за многими близлежащими звёздными системами, иногда по несколько дней подряд за раз, — говорит Лимбах. — Во время этих наблюдений HWO будет напрямую измерять отражённый свет от планет, находящихся в системе. Если в это время произойдёт экзозатмение (или транзит), мы будем наблюдать значительно меньше света от планеты во время затмения (примерно на 30 % меньше для аналога Земля-Луна, в зависимости от орбитальной фазы)».

Мы уже имеем некоторое представление о том, как с большого расстояния может выглядеть «экзозатмение» или транзит. В 2008 году НАСА перепрофилировало космический аппарат Deep Impact для проекта EPOXI (сочетание двух аббревиатур: Deep Impact Extended Investigation и Extrasolar Planet Observation and Characterization missions). Оглядываясь на систему Земля-Луна, EPOXI наблюдал ряд транзитов. Они дают исследователям некоторое представление о том, как может выглядеть подобное событие.

В поисках земных аналогов

Обсерватория Habitable Worlds Observatory будет работать в ближнем инфракрасном диапазоне, где крупные спутники могут затмевать свои планеты-хозяева. Ожидается, что с помощью системы аналогов Земли и Луны HWO сможет наблюдать от 2 до 20 взаимных событий на расстоянии до 10 парсек. Более крупные события, связанные с газовыми гигантами, могут быть обнаружены на расстоянии до 20 парсек.

«Поскольку в распоряжении HWO будет несколько методов обнаружения экзоспутников, и мы прогнозируем, что они облегчат обнаружение экзоспутников, HWO сможет составить общее представление информацию об экзоспутниках как о популяции, например, насколько распространены или редки крупные спутники вокруг планет, подобных Земле, или физические условия, при которых экзоспутники легко обнаруживаются, — говорит Джейкоб Люстиг-Ягер (Вашингтонский университет). — Если HWO сможет обнаружить много экзоспутников, то это может открыть дверь для подобных популяционных исследований в будущем».

Конечно, обнаружить экзоспутники по образующимся экзоэллипсам будет непросто. Это будет самый передний край того, на что способна даже Обсерватория пригодных для жизни миров. Кроме того, этому методу придётся бороться с ложными сигналами. К ним относятся возможные «экзо-кольца» и даже погодные колебания и вращение, изменяющие альбедо или общую яркость основной планеты-хозяина. В качестве плюса исследователи отмечают, что более молодые системы должны давать больше взаимных событий. Вспомните систему Земля-Луна на раннем этапе её истории, когда Луна впервые оторвалась от Земли и находилась гораздо ближе. Эта первобытная Луна должна была сильно выделяться на небе, вызывая множество затмений.

Популяция экзоспутников

«Следующий аспект, который мы исследуем, — это спектроскопическое обнаружение "землеподобных» спутников на орбитах газовых планет-гигантов в обитаемой зоне", — говорит Лимбах. — Хотя такие спутники часто изображались в популярной культуре (например, Эндор и Пандора), HWO может стать первой обсерваторией, способной обнаружить и охарактеризовать их, если они существуют».

В конечном итоге описанные методы могут привести к обнаружению целой популяции экзоспутников, что позволит нам с уверенностью сказать, насколько они распространены в космосе.