Как получают изображения экзопланет

Как правило, каждое новое открытие планеты за пределами Солнечной системы сопровождается вполне реалистичным изображением нового открытого мира. Мысленно мы ставим новую планету в ряд уже известных нам планет.

Сравниваем её изображение, как правило, с известными изображениями Юпитера, Сатурна и нашего дома – планеты Земля. Но изображения знакомых планет нашей звездной системы сделаны автоматическими межпланетными станциями, отправленными к этим планетам с Земли.

Самые детальные изображения Юпитера и Сатурна сделаны АМС «Кассини», Нептуна – «Вояджером -2», Меркурия – «Мессенджером» и «Маринером 10». В телескопы с Земли сложно получить качественные изображения ближайших к нам планет. Как же тогда удается так правдоподобно изображать планеты находящиеся от нас в десятках и сотнях световых лет?

Осирис на фоне своей звезды

Осирис – одна из немногих планет открытая за пределами Солнечной системы и имеющая собственное имя. Она была открыта 5 ноября 1999 года. Находится планета около звезды HD 209458 в созвездии Пегаса. От нас её отделяет 153 световых года.

Это одна из первых открытых экзопланет, и одна из самых изученных. И обнаружена она была совсем не так, как когда-то астрономы открывали планеты Солнечной системы.

В отличие от наших планет вращающихся вокруг Солнца и видимых в земные телескопы экзопланеты открывают иначе. HD 209458b - такое наименование по каталогу имеет Осирис, был открыт методом транзита. Планета, проходя перед своей звездой, на короткий период затмевает часть её диска. Для наблюдателя с Земли звезда в этот момент теряет часть своей яркости. Если такие изменения яркости происходят с четкой систематичностью, значит, есть все основания полагать, что у звезды есть планета.

Такой метод позволяет установить период обращения планеты вокруг своей звезды, её размеры и плотность. Космическому телескопу Хаббл, с помощью которого обнаружен Осирис, удалось зафиксировать минимальное падение яркости «родной» звезды Осириса. Оно составило всего 1,5% яркости звезды. Совершенно понятно, что открытие такой планеты проиллюстрировать фотографией не получится.

Тем не менее, столь знаковое событие иллюстрировать графиком падения яркости звезды NASA посчитало невозможным. Для создания иллюстрации к пресс-релизу об открытии планеты агентство пригласило калифорнийскую художницу Линетт Кук (Lynette Cook). В последствие она вспоминала, что не многие поняли, что изображение Осириса было рисунком. После выхода пресс-релиза она даже получила письмо с просьбой поделиться, каким именно программным обеспечением она пользовалась для создания изображения.

До настоящего времени Национальное аэрокосмическое агентство пользуется услугами как Линетт, так и других художников для иллюстрации вновь открытых планет. Для того чтобы создать изображение того, что в реальности никто из землян не видел художникам дают не много данных. Во многом это определяется спецификой методов, с помощью которых открывают экзопланеты.

Транзитный метод, описанный выше, является не единственным для нахождения планет. Кроме того он не является достаточным для поиска планет за пределами Солнечной системы. Его можно использовать только когда плоскость эклиптики наблюдаемой звезды совпадает с линией наблюдения. То есть, чтобы быть обнаруженной планета должна, проще говоря, проходить между своей звездой и наблюдателем.

В то же время множество планет не имеют таких орбит.

Другой особенностью этого метода является необходимость длительных наблюдений для того чтобы установить факт существования планеты. Поэтому наибольшее количество открытых методом транзита планет имеют небольшой период обращения вокруг своего солнца.

Следовательно, они расположены достаточно близко к звезде. Такие планеты относятся к классу горячий юпитер. Классу экзопланет с массой порядка массы нашего Юпитера. Это и позволяет художникам изображать такие планеты как раскаленных гигантов на фоне диска своих звезд. Одной из экзопланет этого класс является и вышеупомянутый Осирис.

Метод измерения радиальной скорости звезд (он же метод Доплера) является вторым по значимости способом обнаружения экзопланет. Широко распространенное мнение, что планеты вращаются вокруг звезд не совсем корректно. В реальности и звезда и её планета вращаются вокруг общего центра масс, которые не совпадает с центром звезды. Тем самым, звезда, имеющая на своей орбите планету, раскачивается под её влиянием.

По отношению к наблюдателю на Земле такая звезда периодически удаляется и приближается. Измерение доплеровского смещения спектра и позволяет обнаружить такие колебания. И как следствие планету около звезды. С помощью этого метода ученые могут установить массу экзопланеты и её орбиту и сообщить эти параметры художнику для иллюстрации очередного пресс-релиза.

Другой знаковой экзопланетой, создавать изображение которой довелось Линетт Кук, была Глизе 581g, неформальное имя которой Зармина. Это первая экзопланета, в отношении которой, ученые с уверенностью утверждают, что на ней может быть жизнь подобная нашей. Планета обладает необходимыми условиями для наличия жизни.

Соответственно и изображение планеты соответствует нашему представлению об обитаемом мире. Здесь есть атмосфера, сквозь облака которой можно увидеть океаны и зеленый покров планеты. Что позволяет астрономам описывать планету как обитаемую и просить художника изобразить её именно так? 

Глизе 581g в изображении Линетт Кук

Глизе 581g была открыта 29 сентября 2010 года. Она находится в созвездии Весов на расстоянии всего 20 световых лет от Земли. Утверждать, что это может быть пригодная для жизни планета ученым позволяет тот факт, что она находится в так называемой обитаемой зоне своей звезды – красного карлика Глизе 581. Температура планеты позволяет воде находиться на её поверхности в жидком состоянии. Так же как и на Земле. Кроме того планета обладает массой сравнимой с Землей. Все это в совокупности делает этот мир похожим на наш.

Впрочем Глизе 581g может являться еще и примером того как неточны могут быть как рисунки художников так и выводы ученых. С момента своего открытия сам факт существования планеты находится под сомнением.

Со времени открытия первой экзопланеты, инструменты их открытия, находящиеся в руках ученых, совершенствовались. И вот уже в копилке открытий есть внеземные планеты, открытые с помощью оптики.

Планета 2M1207b в реальном изображении

и на рисунке  художника

Подобные снимки уже могут служить самостоятельными иллюстрациями к сообщениям об открытии экзопланет. 2M1207b была открыта в 2004 году. Она находится на расстоянии 170 световых лет от Солнца в созвездии Центавра. Эта первая экзопланета которую можно наблюдать в телескоп непосредственно с Земли. Но данный метод позволяет узнать об экзопланете еще больше информации. И соответственно более точно изобразить её художнику.

Экзопланеты как и большинство небесных тел отражают свет. Анализ света отраженного от экзопланеты позволяет узнать о ней больше чем могут дать методы транзита и радиальной скорости. Уже сейчас анализируя приходящий свет можно узнать состав атмосферы и поверхности планеты. Например, инфракрасный спектр 2M1207b позволил установить наличие в атмосфере планеты воды в молекулярном состоянии.

Жан Шнайдер (Jean Schneider), исследователь экзопланет из Парижской обсерватории уверен, что в ближайшем будущем, по мере увеличения чувствительности телескопов, мы сможем узнать о далеких планетах еще больше, анализируя свет, поступающий от экзопланет. Мы сможем узнать как о спутниках и кольцах планет, так и океанах и континентах. А через какое-то время сможем различить и техногенные признаки, которые можно будет объяснить только наличием разумной жизни.  

Остается добавить, что тогда данные ученых дадут широкий простор для фантазии художников создающих изображения далеких миров.

Сергей Соболь, специально для сайта "Паранормальные новости"