Новый телескоп NASA превратит радуги на экзопланетах в инструмент научных открытий

Астрономы разработали элегантную методику поиска экзопланетарных атмосфер с помощью анализа радужных преломлений и солнечных бликов. Концепция, представленная на страницах Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, рассчитана на перспективную обсерваторию NASA — Habitable Worlds Observatory (HWO), старт которой запланирован на сороковые годы текущего столетия. Телескоп, оснащенный шестиметровым зеркалом и чувствительным поляриметром, сможет регистрировать такие оптические феномены, как преломление лучей в кадрах осадков, зеркальное отражение звёздного света от океанов и рэлеевское рассеяние, благодаря которому небо приобретает лазурный оттенок.

В основе подхода лежит циклическая смена фаз экзопланеты во время её обращения по орбите, аналогичная лунным фазам. Разглядеть саму радужную дугу HWO не удастся, поскольку небесное тело выглядит лишь как световая точка. Тем не менее, в фазе полумесяца — когда планета располагается почти на одной линии между светилом и наблюдателем — блик от водной поверхности создаст слабый, но фиксируемый всплеск интенсивности излучения. Поскольку жидкая фаза вещества невозможна без поддерживающего давления атмосферы, подобная вспышка послужит безупречным свидетельством существования воздушного слоя.

Сходным образом аппарат Cassini некогда зафиксировал отражение солнечных лучей от метановых водоемов Титана.

Сценарий с радугой выглядит более многогранным. Проходя сквозь капли воды, световой поток разлагается на спектральные составляющие под разными углами и подвергается поляризации, приобретая строгую ориентацию световых волн. Бортовой поляриметр HWO отфильтрует излучение с ненужной плоскостью колебаний и зафиксирует специфический всплеск в оптимальной фазе планетарного цикла. Более того, параметры поляризации позволят вычислить средний размер капель, а объём отражённого поляризованного света — определить химический состав жидкости. Иными словами, аппаратура сможет удаленно исследовать состав облачности и осадков на расстоянии триллионов километров от Солнечной системы.

Третий инструмент анализа — рэлеевское рассеяние — функционирует как природный поляризационный фильтр непосредственно в атмосфере миирора. Газовые молекулы рассеивают звездное излучение, причем максимальная степень поляризации достигается под прямым углом к источнику света.

Компьютерное моделирование, выполненное исследователями на основе характеристик реальных звездных систем для будущих миссий HWO, продемонстрировало: поляризационные сигналы от дождевых радуг и бликов будут отчетливо прослеживаться у многих ближайших каменистых планет, а следы рэлеевского рассеяния — у подавляющего большинства. Разумеется, это справедливо лишь для миров, обладающих газовой оболочкой. Главная миссия телескопа HWO заключается в том, чтобы впервые обнаружить обитаемые или пригодные для жизни экзопланеты в окрестностях похожих на Солнце звезд.

Источник: iXBT