Космический телескоп Джеймса Уэбба («Уэбб») с момента своего запуска на Рождество 2021 года оказал влияние на астрономию, которое невозможно переоценить. Это влияние распространилось от изучения объектов в пределах Солнечной системы до самого края наблюдаемого пространства и, соответственно, самых ранних галактик, которые только можно себе представить.

Прогнозировалось, что «Уэбб» станет главным игроком в изучении самых далёких и древних галактик, однако не предполагалось, что телескоп стоимостью 10 миллиардов долларов окажет такое влияние на одну из самых увлекательных и быстро развивающихся областей астрономии — изучение планет за пределами Солнечной системы, или «экзопланет».

Но реальность часто не соответствует ожиданиям. В честь трёх лет изучения экзопланет с помощью «Уэбба» Джошуа Лотрингер, ассистент астронома в Научном институте космического телескопа (STScI) и эксперт по экзопланетам, создал первый «поисковый центр» для общественности и учёных, чтобы узнать, какие типы планет наблюдаются самым мощным космическим телескопом человечества.

Лотрингер, который является соавтором 20 публикаций, основанных на наблюдениях «Уэбба», включая научные наблюдения WASP-39b в рамках программы Early Release Science, создал «приборную панель» для информации по экзопланетам, на которой представлены данные, связанные с исследованиями экзопланет с помощью «Уэбба». На страничке можно найти яркую и часто обновляемую GIF-анимацию, которая визуализирует изученные планеты, показывая их по названиям, а также в соответствии с их массой и временем обращения вокруг родительской звезды.

«Я хотел создать приборную панель, потому что в настоящее время нет места, где можно было бы увидеть, какие типы планет наблюдаются "Уэббом", и ответить на такие вопросы, как: "Сколько землеподобных планет "Уэбб" увидел»? — сказал Лотрингер в интервью Space.com. — У нас есть список наблюдений, связанных с экзопланетами, под названием TrExoLiSTS, созданный моим коллегой Николаем Николовым, также работающим в STScI, но нам нужно было связать его с фактическими свойствами планет в архиве экзопланет НАСА, что мы и сделали с помощью панели».

Исследователь объяснил, что после этого он смог создать несколько полезных визуализаций и подсчитать статистику, чтобы понять широту выборки экзопланет, полученной с помощью «Уэбба».

«"Уэбб" стал поистине революционным: теперь трудно представить, какой была жизнь без него! — сказал Лотрингер. — "Уэбб" позволяет получить гораздо более полное и точное представление о том, из чего состоят атмосферы экзопланет, какова их температура и какие погодные условия могут на них наблюдаться».

«Теперь мы сможем ответить на эти вопросы для более широкого круга планет, включая небольшие субнептуновые и землеподобные планеты».

Наука об экзопланетах в цифрах, полученных «Уэббом»

Согласно данным приборной панели, по состоянию на январь 2025 года «Уэбб» наблюдал около 111 планет и планирует наблюдать ещё около 17. Из них около 113 — транзитные планеты, которые проходят перед своей звездой, оказываясь непосредственно между ней и Землёй.

Этот транзит позволяет «Уэббу» изучить свет, проходящий через атмосферы этих планет, что, в свою очередь, помогает учёным, таким как Лотрингер, определить состав этих атмосфер.

«Из 113 транзитных планет 64 являются газовыми гигантами, такими как Юпитер, 30 по массе больше похожи на Уран и Нептун, а около 19, вероятно, являются каменистыми мирами, как земные планеты Солнечной системы — Земля, Марс, Венера и Меркурий, — говорит Лотрингер. — Остальные 15 экзопланет — это газовые гиганты, которые вращаются достаточно далеко от звезды-хозяина, чтобы мы могли получить их непосредственные изображения с помощью "Уэбба"».

«В целом, горячие планеты-гиганты легче всего обнаружить и изучить, потому что они большие и яркие, — говорит Лотрингер. — Именно поэтому "Уэбб" потратил больше всего времени на изучение планет-гигантов».

Исследователь пояснил, что хотя не ожидается, что на этих планетах-гигантах может существовать жизнь, они интересны тем, насколько экстремальными могут быть их атмосферы: температура некоторых из них достигает 4 230°С.

«Мы также считаем, что понимание того, как ведут себя планеты-гиганты в целом, может помочь нам понять нашу собственную Солнечную систему и то, как она сформировалась», — продолжает Лотрингер.

«"Уэбб" хорош для поиска и изучения экзопланет по двум основным причинам. Во-первых, его относительно большое зеркало диаметром 6,4 метра способно собирать большое количество фотонов для наблюдения за очень тусклыми объектами, такими как малые планеты, — объясняет Лотрингер. — Большой размер зеркала также означает, что оно может различать объекты, расположенные очень близко друг к другу, что особенно полезно при поиске планет с помощью прямой визуализации».

Исследователь добавил, что второе преимущество «Уэбба» заключается в том, что он был разработан для наблюдения за космосом в инфракрасном свете.

«Это означает, что "Уэбб" чувствителен к целой области электромагнитного спектра, которую наземные телескопы или космический телескоп «Хаббл» просто не видят, — добавил Лотрингер. — В инфракрасной области мы можем измерять такие молекулы, как углекислый газ и метан».

«Так что именно сочетание этих двух факторов делает "Уэбб" таким уникальным объектом».

Прорыв «Уэбба» в области экзопланет — это бонус

Вся эта наука об экзопланетах с помощью «Уэбба» — потрясающая, но её даже не предполагалось. На самом деле «Уэбб» не был создан для изучения экзопланет. Его возможности по наблюдению за ранней и далёкой Вселенной стали для учёных приятным сюрпризом.

«Основной целью "Уэбба" было определение характеристик далёких галактик! — сказал Лотрингер. — Но оказалось, что тот же тип телескопа, который хорошо справляется с поиском далёких галактик, также необходим нам для определения характеристик атмосфер далёких экзопланет».

Несмотря на то, что при создании «Уэбба» основное внимание уделялось науке о галактиках, Лотрингер высоко оценивает работу инженеров, которые проделали огромную работу по расширению спектра научных исследований, которые может проводить телескоп благодаря новым режимам наблюдений и апертурам. Сообщество экзопланетных исследователей воспользовалось этими достижениями по максимуму.

«Я думаю, что произошло множество небольших прорывов, которые в сумме превращаются в изменение наших представлений о некоторых из этих планетных систем», — говорит Лотрингер.

В частности, учёный из STScI отмечает, что особое значение имеют прорывы в способности характеризовать атмосферы экзопланет, не ограничиваясь обнаружением различных газов.

«Теперь мы можем взять измеренные спектры этих планет и не просто сказать "здесь есть вода, а там — углекислый газ", а узнать о внутреннем устройстве планет, — сказал он. — Мы можем увидеть, смешивается ли атмосфера, нагревается ли планета приливными волнами или происходит ли там фотохимия».

Хотя Лотрингер участвовал в 10 программах исследования экзопланет с помощью «Уэбба», выступая в качестве главного исследователя и соисследователя, а также в качестве соавтора в 20 соответствующих работах, ему пока нелегко выбрать любимое исследование.

«Моим любимым исследованием экзопланет на данный момент, вероятно, является научная программа раннего выпуска WASP-39b. Это были одни из самых первых данных, полученных с телескопа, так что мы все были очень взволнованы. Это были, пожалуй, самые захватывающие несколько недель в моей карьере».

WASP-39b — это мир размером с Сатурн и массой менее трети массы Юпитера, который находится на расстоянии около 750 световых лет от нас.

Данные о WASP-39b, полученные с помощью «Уэбба», также представляют собой уникальный набор данных, поскольку Лотерингер и его коллеги наблюдали одну и ту же планету с помощью всех инструментов телескопа. Это позволило им провести перекрёстную проверку результатов, что дало шикарную возможность научиться понимать, как работает телескоп, а также более детально раскрыть характеристики этой гигантской планеты.

«В итоге мы обнаружили на WASP-39b некоторые вещи, которые ожидали, например воду и углекислый газ, но также и то, чего не ожидали, например, фотохимически вырабатываемый диоксид серы», — говорит Лотерингер.

Говоря о будущем экзопланет, Лотерингер пояснил, что больше всего ему нравится находить тенденции в растущей библиотеке наблюдений «Уэбба».

«Пока мы сосредоточены на изучении каждой планеты в отдельности, но мы начали собирать достаточно большую выборку планет, чтобы сделать некоторые обобщения, которые позволят нам понять, как ведут себя эти планеты в целом, — заключил он. — Люди могут следить за развитием событий с помощью приборной панели, которая будет обновляться по мере планирования и проведения новых наблюдений. Я также буду периодически делиться обновлениями на BlueSky @jlothringerr.bsky.social) и X @JDLothringerr)».