За роки спостережень планетологи та астрофізики розробили безліч способів пошуку далеких екзопланет.
За оцінкою, тільки в Чумацькому Шляху має бути неменше 100 млрд світів, з яких майже 300 млн повинні мати умови, що підходять для виникнення життя. Але наразі відомо трохи більше ніж 5,2 тис. підтверджених екзопланет, а результати спостережень за ще 9 тис. об'єктами-кандидатами поки що проходять перевірку.
Як формується полярне сяйво?
Полярне сяйво - барвисте «світлове шоу»,яке можна спостерігати в нічному небі в приполярних, інколи ж і помірних широтах. Полярні сяйва виникають, коли заряджені частинки (електрони та протони) стикаються з газами у верхніх шарах атмосфери Землі.
Ці зіткнення виробляють крихітні спалахи,які покривають небо різнокольоровими візерунками. Коли послідовно відбуваються мільярди спалахів, здається, що полярні сяйва рухаються чи «танцюють» у небі.
Залежно від того, з якими атомамивзаємодіють частки, воно може бути різних кольорів. Наприклад, найбільш поширений, зелений відтінок виникає при зіткненні заряджених частинок з молекулами кисню на висоті від 100 до 300 км, а атоми азоту на висоті близько 100 км дають рожеве і темно-червоне світіння.
Різнокольорове полярне сяйво. Зображення: Canadian Space Agency, University of Calgary, Astronomy North
Незважаючи на те, що полярні сяйва видно головнимТаким чином ночами, вони формуються під впливом сонячного вітру. Це потік іонізованих частинок, що витікає з корони зірки у всіх напрямках. Він дме безперервно, але у звичайних умовах магнітне поле Землі утворює невидимий щит, який захищає нас від сонячного вітру. Іноді сонячний вітер посилюється і «пробиває» захист. В результаті потік частинок взаємодіє з газами в магнітному полі (магнітосфері), породжуючи чудові полярні сяйва.
Магнітне поле Землі спрямовує зарядженічастинки до полюсів. Форма магнітного поля Землі створює два овали полярних сяйв над північним та південним магнітними полюсами. При цьому чим активніше Сонце, тим «ширшим» буде цей овал і тим у нижчих широтах буде видно полярне сяйво.
Найбільшої активності воно досягає під дієюкорональних викидів маси. Під час цього явища із сонячної корони вивергається величезний «міхур» зарядженої плазми, що рухається із середньою швидкістю понад 400 км/с.
Художня ілюстрація корональних викидів маси та захисних ліній магнітного поля. Зображення: Canadian Space Agency
Чи є полярні сяйва інших планетах?
Полярні сяйва - це не унікальне земнеявище. Якщо планета має атмосферу і магнітне поле, на ній, швидше за все, спостерігатимуться полярні сяйва. За час астрономічних спостережень дослідники спостерігали подібні явища на багатьох планетах Сонячної системи.
Магнітні поля Юпітера і Сатурна набагато сильніші,ніж у Землі (наприклад, напруженість екваторіального поля Юпітера становить 4,3 Гауса порівняно з 0,3 Гауса для Землі). Не дивно, що обох газових гігантах спостерігаються масштабні полярні сяйва.
Полярні сяйва на Сатурні подібно до земнихформуються під впливом сонячного вітру. А на Юпітері це явище набагато складніше. Головний овал полярних сяйв Юпітера пов'язаний з плазмою, яка вивергається з вулканів на супутнику Іо, і досягає магнітосфери планети. Інший тип сяйв планети пов'язані з сонячним ветром.
Крім того, супутники, особливо Іо, також єпотужними джерелами полярного сяйва. Воно виникає через магнітного динамо — ефекту самогенерації поля при русі через відносний рух між планетою, що обертається, і місяцем, що рухається. Цей ефект генерує електричні струми, що рухаються вздовж силових ліній і частинки, що «заряджають», в атмосфері.
Полярне сяйво Юпітера. Зображення: NASA, ESA & John T. Clarke (Univ. of Michigan)
Полярні сяйва також спостерігалися на Венері таМарсі. Венера не має магнітного поля, тому полярні сяйва на цій планеті виглядають як яскраві та розсіяні плями різної форми та інтенсивності, іноді розподілені по всьому диску планети. А на Червоній планеті виявлено відразу кілька типів подібних явищ, які пояснюються по-різному.
Більше того, у 2014–2016 роках дослідницькийкорабель "Розетта" спостерігав полярні сяйва навіть на кометі Чурюмова - Герасименко. Його можна було побачити у далекому ультрафіолетовому діапазоні довжин хвиль. Дослідники вважають, що воно виникає при взаємодії прискорених електронів сонячного вітру з частинками газу в комі - хмарі, що оточує ядро планети.
Полярне сяйво в ультрафіолетовому світлі на кометі. Зображення: ESA/Rosetta/NAVCAM
Зіркові вітри далеких світів та пошуки життя
У 2021 році натяки на наявність подібнихвзаємодій, що відбуваються в інших зоряних системах, вперше було виявлено за допомогою радіотелескопа LOFAR (Low-Frequency Array) у Нідерландах. Дослідники відкрили близько 20 карликових зірок, які випромінюють специфічне радіовипромінювання. Хоча ці планети поки що не мають відкритих екзопланет, цей ефект нагадує взаємодію зоряних вітрів з магнітними полями інших об'єктів.
У своєму дослідженні вчені зосередилися начервоних карликах, найбільш поширеному типі зірок у Всесвіті, що становлять понад 70% «населення» Чумацького Шляху. Ці зірки маленькі та холодні: їх маса не перевищує третини сонячної і вони, як правило, до 50 разів тьмяніші.
Планети Сонячної системи випромінюють потужнірадіохвилі, коли їх магнітні поля взаємодіють із сонячним вітром, але радіосигнали від планет з інших зіркових систем до 2021 року зловити не вдавалося.
У процесі дослідження планетологи виявили 19зоряних систем, від яких виходить радіовипромінювання. Дані нагадують взаємодію магнітних полів Юпітера та Іо. Хоча самі екзопланети поки що не знайдені, взаємодія між планетою та зіркою — найкраще пояснення для явищ, що спостерігаються.
У 2022 році дослідник з Лейдонськогоуніверситету Роб Кавана пішов ще далі. Він розробив математичні моделі, які описують, як взаємодіють зіркові вітри та магнітні поля різних планет. Моделі Кавани корисні не тільки для виявлення нових екзопланет.
Дані, зібрані радіотелескопом, можна такожвикористовувати, щоб вивчити зоряну систему. Наприклад, на основі моделей та фіксованого сигналу можна визначити розмір планети та її орбіту. Крім того, сила випромінювання може також дати уявлення про властивості самих зоряних вітрів та розмір магнітного поля навколо екзопланети.
Це важлива інформація, тому що цілкоммабуть, що магнітне поле Землі забезпечило нам наявність атмосфери. А значить, наявність і розмір магнітного поля дає астрономам вказівку на потенційну житло планети.
Роб Кавана, автор моделей
Дослідники продовжать розробляти моделівзаємодій між зірками та планетами, щоб створити техніку для масштабного пошуку екзопланет за допомогою радіоастрономічних спостережень. Можливо, саме цей метод дозволить знайти інший населений світ у нашій Галактиці.
Читати далі:
Чому Місяць, а не Марс: головне про місію «Артеміда-1» і навіщо вона потрібна
Стародавній амулет переписав історію найзагадковішої мови Європи
Головну теорію походження людини спростували: звідки ми з'явилися