Спектарот на една планета е како отпечаток од прст. Тој нуди важни информации за атмосферата на планетата. Со тоа можеме подобро да разбереме како настанала планетата и дали поседува траги на живот. Во 2010 година астрономите набљудувале млада, светла ѕвезда HR 8799, којашто е 130 светлински години оддалечена од Земјата. Таа има маса 1.5 пати поголема од таа на Сонцето, а околу неа кружат три планети коишто имаат седум до десет пати поголема маса од Јупитер. Планетите се оддалечени од својата ѕвезда 20-70 пати повеќе отколку Земјата од Сонцето. Покрај нив, во системот се откриени и два појаси од астероиди. Научниците за првпат директно измериле спектар на екстрасоларни планети коишто кружат околу ѕвезда слична на Сонцето.
Шематски приказ на планетарниот систем на ѕвездата HR 8799 и споредба со нашиот Сончев Систем.
Порано, такво набљудување со телескоп од Земјата било возможно само во моменти на одредена конфигурација на Земјата, ѕвездите и планетите. Ѕвездата HR 8799 е неколку илјади пати посјајна од планетите во небесниот систем. Поради тоа, користењето на инфрацрвениот инструмент NACO на телескопот VLT (Very Large Telescope) на Европската Јужна опсерваторија (ESO) во тие години претставувало голем успех. Тој може да се спореди со обидите за анализа на пламените на една свеќа на оддалеченост од 200 километри, каде што свеќата се наоѓа пред светилка со јачина од 300W.
Спектри на планетите кои кружат околку ѕвездата HR 8799.
За живот каков што ние го познаваме, потребна е вода. Поради тоа, астрономите особено се интересираат за оние егзопланети на коишто владеат такви температури за да може на нив да постои вода во течна состојба. Областа околку некоја ѕвезда со оптимални температури се нарекува населива или зона погодна за живот, иако самата положба на планетата не открива ништо околу тоа дали на неа навистина постои вода. Меѓутоа, познати се повеќе егзопланети на коишто постои вода, која со помош на спектарот полесно може да се открие. За тоа е потребен вселенски телескоп со резолуција од најмалку 40, што значи дека на бравнова должина од 800 нанометри (црвена светлина), може во деловите од 20 нанометри да открие широка разлика во светлината на некоја планета.
Со денешната техника, тоа е возможно. За доказ дека постои кислород, кој исто така е клучна индикација за постоење на живот, потребна е спектрална резолуција од најмалку 150, значи телескопот мора да биде четири пати појак. Водата и кислородот можат да се најдат на планети коишто не се населени, но хлорофилот е сигурен знак за живот бидејќи укажува на постоење на билки. Овој сигнал би морал да биде шест пати појак од оној за постоење на кислород, за да може да биде откриен со телескоп со иста осетливост. Тоа е возможно ако планетата не е покриена со облаци или барем тие да се ретки и барем третина од површината на планетата да биде покриена со зелена вегетација, што е многу повеќе отколку на Земјата.
Земајќи ги предвид технолошките потешкотии, развиен е инфрацрвен спектрометар GREAT кој доби нов H-канал, што се заснова на терахерц ласер, квантен каскаден ласер. Со него е овозможено набљудување на најважните линии на неутрален атомски кислород [IO] на 63 μm бранова должина, што одговара на фрекфенција од 4.7 терахерци. Спектрометарот GREAT се наоѓа во стратосферната опсерваторија за инфрацрвена астрономија, која не се наоѓа на копно, туку во авион на НАСА и го носи името SOFIA. Авионот лета во стратосферата на висина од 14 километри.
Опсерваторијата SOFIA (слика горе) каде што се наоѓа спектрометарот GREAT (слика долу).
Првите спектри од овој спектрометар се добиени од планетарната маглина NGC 7027. Тоа е исфрлена гасовита обвивка на ѕвезда која умира, има маса двојно поголема од онаа на нашето Сонце и се наоѓа на оддалеченост од 3000 светлински години во правец на соѕвездието Лебед. Оваа маглина е детално истражена под други бранови должини, но со GREAT било возможно да се изолира линијата на атомскиот кислород [IO] заедно со брзината на движење. На тој начин астрономите во опсерваторијата Ла Сија (La Silla) во Чиле првпат успеале да го истражат спектарот на егзопланетата 51 Pegasi b, во видливата светлина. Овие резултати се значајни патокази за идната техника, чијашто ефикасност ќе доведе до уште појаки инструменти кои ќе ја зголемат можноста за нови, појаки телескопи.
Планетата 51 Pegasi b е првата егзопланета, откриена на 5-ти октомври 1995 година. Таа кружи околку ѕвезда слична на Сонцето, со име 51 Pegasi. Ѕвездата веројатно е 4 милијарди години стара и поседува спектрална класа G2IV. Како што кажува името, се наоѓа во соѕвездието Пегаз, а од нас е оддалечена околку 50 светлински години. Планетата која кружи околу неа спаѓа во класата на т.н. „жешки Јупитери“. Тоа е релативно чест тип на егзопланети кои по големината и масата се слични на планетата Јупитер, но спротивно од истиот, овие планети се наоѓаат на оддалеченост од само неколку милиони километри од својата ѕвезда. Па така, планетата 51 Pegasi b поседува околу 0.46 маси од Јупитер и ја заобиколува ѕвездата за 4.23 денови, на оддалеченост од само 7.8 милиони километри.
Положба на ѕвездата 51 Pegasi на небото (лево) и фотографија од ѕвездата Pegasi 51 (десно).
За истражување на спектарот на планетата 51 Pegasi b, научниците го користеле спектографот HARPS, на 3.6 метарскиот телескоп на ESO на Андите во северно Чиле. Овој спектрограф се користи за високо прецизни мерења на радијалните брзини на ѕвездите и со тоа може да послужи и за барање на егзопланети.
Истражување на егзопланети кои се наоѓаат релативно блиску до својата матична ѕвезда, која е многу светла и оддалечена многу светлински години, е прилично комплицирано. Кај овие анализи е неопходно орбитата на планетата да се наоѓа во рамнина од која ние од Земјата можеме да го видиме транзитот на планетата пред нејзината ѕвезда. Многу малку планети можат да се набљудуваат од Земјата на овој начин, а планетата 51 Pegasi b не е меѓу нив.
Поради тоа научниците пронашле нов метод на истражување кој не зависи од набљудување на транзитот на егзопланетите. Методот овозможува директно истражување на спектарот на некоја егзопланета во областа на видливата светлина, што истовремено значи дека е возможно да се дознае повеќе за карактеристиките на таа планета, што со други методи не би било возможно. За таа цел се зема спектарот на централната ѕвезда како основа за барање на нејзината „послаба“ верзија, бидејќи планетата ја рефлектира светлината на ѕвездата околку која кружи. Врз основа на движењето на планетата на нејзиниот пат околу ѕвездата, се поместуваат спектралните знаци на рефлектираната светлина, релативно во однос на ѕвездата. Мерењето на овој ефект е исклучително детална постапка, бидејќи планетите светлински слабеат во однос на јаката светлина од матичната ѕвезда. Планетата 51 Pegasi b достигнува во видливата светлина само педесетилјадити дел од светлината на ѕвездата околку која кружи. Покрај тоа, различниот „жубор“ на сигналите смета врз приемот на светлината од егзопланетите.
Начин на издвојување на спектарот на ѕвездата од спектарот на планетата.
Имајќи ги предвид сите овие пречки, она што е постигнато со HARPS спектрографот (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) е одличен доказ за применливоста на новиот метод на истражување, што отвора можност за анализа на многу повеќе екстратерестријални планети, отолку што тоа беше случај досега.
Спектрографот HARPS.
Анализата на спектрите покажале дека 51 Pegasi b поседува маса која одговара на половина од масата на Јупитер и во однос на нашата планета има оска закривена околу 9 степени. Интересно е тоа што иако планетата има толку мала маса, таа е дупло поголема од Јупитер. Оваа разлика помеѓу масата и дијаметарот се објаснува со силното загревање на планетата поради екстремната близина до ѕвездата, што доведува до ширење на нејзината атмосфера. Освен тоа, егзопланетата поседува висока способност за рефлексија.
Уметнички приказ на изгледот на површината на планетата Pegasi b.
Во средината на април 2016 година, еден астроном во подрумот на Институтот Карнеги во Вашингтон, помеѓу 250.000 фотографски плочи барал снимка од 1990-та година со фотографираната ѕвезда „Van Maanen 2,“ која е откриена уште во 1917-та година. Кога астрономот ја истражил оваа плоча, открил шема во нејзиниот спектар, која кај овој тип на ѕвезди не би смеела да се појавува. Имено, открил линии на апсорпција кои укажуваат на постоење на тешки елементи како што се калциум, магнезиум или железо во околината на ѕвездата. Меѓутоа тие елементи, врз основа на ѕвездената маса, веќе одамна требало да се наоѓаат во внатрешноста на ѕвездата.
Фотографска плоча на ѕвездата „Van Maanen 2“ од 1917 година.
Денес знаеме што значи тоа: присуството на овие елементи во околината на белото џуџе покажува на остатоци од планетарен систем. Белите џуџиња се ѕвезди коишто се наоѓаат во последната фаза од своето постоење. На тој начин и Сонцето ќе постане бело џуџе кое ќе ги разори планетите кои кружат околу него. На механизмот кој ги произведува прстените, кои се состојат од делови од планети и талог во атмосферата на ѕвездата, му е потребно влијание на гравитацијата од целосно изградените планети. На тој начин овој процес не би можел да се одвива ако не постојат планети. Со тоа астрономот во спектарот на ѕвездата открил одамна распаднати планети на некогаш постоечкиот планетарен систем.
Графиката долу покажува близок инфрацрвен спектар на атмосферата на планетата HD 189733b, која секои 2.2 дена поминува пред дискот на својата жолта ѕвезда. Тоа е досега најдобро истражената егзопланета. Ѕвездата HD 189733 е К-ѕвезда оддалечена само 62 светлински години од нас. Дијаметарот на нејзината планета изнесува шестина од дијаметарот на ѕвездата, што доведува до тоа, планетата благодарејќи на својата температура од над 1000 Целзиусови степени, толку силно да ја рефлектира светлината од ѕвездата во инфрацрвената светлина, така што нејзините емисии на Земјата можат лесно да се анализираат. Во нејзината атмосфера се пронајдени молекули на водена пареа, јаглероден моноксид и јаглероден диоксид и метан. Уште осум вида молекули се откриени во спектарот на планетата но досега не се идентификувани. Исто така е докажано дека од егзосферата на планетата атомскиот водород испарува во Вселената и тоа со 1-100 килотони во секунда. Според потврдените податоци од Хабл, планетата има впечатливо убава сина боја, која потекнува од рефракција на светлината на делчиња од стакло кои од атмосферата паѓаат како дожд, па планетата се смета за мнгоу непријателска за живот каков што го познаваме.
Спектар на атмосферата на планетата HD 189733b, каде црните симболи се неидентификувани молекули (лево) и уметничка претстава на планетата HD 189733b (десно).
Превод: Александра Бошкова
Извор: Astronomski Magazin
