Как взвесить экзопланету спектроскопом?
Учёные из Массачусетского института технологий предложили новый метод измерения массы планет в далёких звёздных системах. Метод основан на спектральном анализе света звезды, приходящего через атмосферу заслоняющей её от нас планеты. Помимо массы он позволяет определить и ряд других важных характеристик: состав атмосферы, её температуру, давление и толщину.
![Спектральный анализ атмосферы экзопланеты в представлении художника.](https://res.cloudinary.com/korzhimanov/image/upload//w_1024,h_512,c_fit,fl_lossy,f_auto/weigh-by-spectroscopy.jpg)
Сейчас, когда подтверждено обнаружение более 900 планет вне Солнечной системы (а в каталоге сайта exoplanet.eu их 1056, хотя онлайн-база данных НАСА содержит только 976 записей), и ещё более 2300 находятся в статусе кандидатов, на первые роли выходит задача определения параметров экзопланет, в первую очередь размеров, массы и расстояния до родительской звезды.
Массу экзопланет обычно определяют методом радиальных скоростей — по колебаниям звезды, вызванным движением планеты по орбите. Этот метод, однако, позволяет определить только минимальную границу возможной массы. Кроме того, он не работает для землеподобных экзопланет — исследуемая планета должна быть или значительно массивнее, или ближе к звезде.
![Утрированная иллюстрация колебаний звезды, вызванных наличием вращающейся планеты.](https://res.cloudinary.com/korzhimanov/image/upload//w_1024,h_512,c_fit,fl_lossy,f_auto/Orbit3.gif)
Другие методы определения массы экзопланет также имеют серьёзные ограничения, поэтому астрофизики активно ищут новые способы «взвешивания». Один из таких перспективных методов и был предложен в недавно опубликованной в Science статье.
Предлагаемый метод, получивший от авторов название MassSpec, основан на наблюдении за спектральными компонентами света, приходящего от звёзд с так называемыми транзитными экзопланетами, то есть планетами, проходящими в процессе своего обращения вокруг звезды между нею и Землёй.
Известно, что многие планеты должны иметь атмосферу, состоящую из различных газов — кислород, азот, метан, углекислый газ, водяные пары. В отличие от самой планеты атмосфера не заслоняет от нас свет звезды, но может его поглощать. Причём величина поглощения зависит от состава атмосферы, её толщины, а также частоты проходящих волн.
![Схематическое изображение зависимости глубины затемнения от длины волны.](https://res.cloudinary.com/korzhimanov/image/upload//w_1024,h_512,c_fit,fl_lossy,f_auto/wavelength.png)
В своей работе учёные показали, что измеряя величину затемнения на различных длинах волн, можно однозначно определить все характеристики атмосферы. А зная их, уже несложно вычислить и массу планеты.
Новый метод пока что был испытан только на искусственно созданных данных, и показал неплохие результаты: точность определения массы планеты с атмосферой, состоящей преимущественно из водорода — 2%, из воды — 10%, из азота — 15%. Ожидается, что на реальных наблюдениях метод будет проверен с появлением данных от телескопа Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на 2018 год.