arXiv:0911.5621 Реконструкция состава поверхности суперземель

[Nikolaj]

arXiv:0911.5621  Colors of a Second Earth: Estimating the fractional areas of ocean, land, and vegetation of Earth-like exoplanets

Y. Fujii (U. of Tokyo), H. Kawahara, Y. Suto, A. Taruya, S. Fukuda, T. Nakajima, E. L. Turner
Comments:  34 pages, 15 figures, submitted to ApJ

В последние годы уже обнаружили несколько планет с массами 3-5Мземли (MOA-2007-BLG-192-Lb, CoRoT-7b и др). Не за горами (надеемся:) ) и получение прямых изображений подобных планет. Очевидно, этим дело не ограничится.

Авторы предложили интересный метод определения свойств поверхности внесолнечных планет - суперземель (т.е. массой, большей или сопоставимой с земной) по отраженному свету материнской звезды.

Поскольку планета вращается вокруг своей оси, то, анализируя изменения спектра, можно будет реконструировать распределение по планете океанов, грунта (твердой поверхности), снега и растительности. Все эти 4 составляющих имеют разные отражающие свойства.

Если такую планету пронаблюдать дольше (несколько орбитальных периодов), то можно определить сезонные изменения.
Некоторую сложность представляют облака, но их влияние можно учесть по анализу большого числа наблюдений.

В первую очередь легче будет исследовать суперземли с короткими орбитальными периодами.

Для наглядности на 1-м рисунке – изменение альбедо различных типов поверхности (океан, грунт, снег, растительность) от длины волны наблюдений.

На 2-м рисунке – изменение доли типа поверхности Земли при одном обороте вокруг своей оси.

http://arxiv.org/abs/0911.5621

О методах поиска планет с океанами ранее упоминалось:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,35591.0.html

[Borislаv]

Видел еще эту картинку, которая показывает какой должен быть космический телескоп для такого обнаружения и какие затраты наблюдательного времени.



Из статьи http://arxiv.org/abs/0911.3841 посвященной ATLAST (возможный следующий телескоп после Вебба).

Возможно и на 30-42 метровых наземных телескопах такое будет возможно лет через 10? Ведь на них же предлагается обнаружение планет в несколько масс Земли у ближайших звезд. А эти проекты выглядят куда более реально, чем космические - стоимость в сотни миллионов, а не миллиарды.

[Dayan]

А что в этом методе нового? По-моему, состав атмосфер и поверхностей планет Солнечной системы впервые определяли именно по отраженному ими солнечному свету, спектр которого уже отличается от солнечного. Это ещё до полётов автоматических космических станций к планетам.
И ещё момент: на планетах возле других звёзд растительность может отличаться от земной по цвету отражённого света (который, к тому же, у других звёзд имеет другое распределение по длинам волн) и в целом, - виду спектра: http://www.solstation.com/life/a-plants.htm. Также, другими могут быть свойства поверхностей безжизненных планет, не только хим состав, но и влияние топологии, необычной атмосферы. Короче, для экзопланетчиков задача будет непростая.

[Nikolaj]

А что в этом методе нового? По-моему, состав атмосфер и поверхностей планет Солнечной системы впервые определяли именно по отраженному ими солнечному свету, спектр которого уже отличается от солнечного.

ну вопрос здесь не в новизне метода, а в применении его к получению информации о компонентах поверхности суперземель...

Основная там проблема - правильно учесть рассеяние в атмосфере планеты.
+ много вариантов состава грунта, т.е твердой поверхности. Все это будет влиять на спектр. Но, в общем, проблемы решаемые..)

[Borislаv]

Тут еще по хорошему бы различать, что для любой планеты Солнечной Системы можно измерить угловой диаметр, и тем самым построить глобальную карту ее поверхности просто сфотографировав несколько раз ее.

В случае же точечного объекта, как экзопланета тут уместней сравнение с фотометрией астероидов. Примерно также как с экзопланетами получая много измерений блеска астероида можно определить период его вращения и даже понять его форму. В случае экзопланеты последнее излишне (форма у всех планет близка к шару) и это позволяет строить карту поверхности (если использовать для получения фотометрии несколько диапозонов, то получается еще и цветное изображение).

Кстати метод уже применялся на практике и в случае экзопланет. Для одного из горячих юпитеров была построена температурная карта на основе фотометрии в ближних инфракрасных лучах Спитцера. Правда насколько я понимаю она была актуальна только по долготе из-за того, что горячий юпитер приливно заперт и поэтому основные изменения происходят из-за обращения планеты вокруг звезды.

[Borislаv]

Основная там проблема - правильно учесть рассеяние в атмосфере планеты.
+ много вариантов состава грунта, т.е твердой поверхности. Все это будет влиять на спектр. Но, в общем, проблемы решаемые..)

Кстати в 2008 году был впервые произведен этот эксперимент не в теории, а уже на практике. В течение нескольких недель межпланетная станция Deep Impact проводила мультиспектральную сьемку Земли с расстояния во многие десятки миллионов километров. Несмотря на то, что разрешение этих снимков было примерно 100 км на пиксель, они намерено ужимали данные до одного пикселя.

http://arxiv.org/abs/0905.3742

В кратком изложение, удалось определить по полученном спектру наличие двух компонентов поверхности - суши и океана.



И даже построить распределение этих двух компонентов на глобальной карте



Как видно удалось разрешить эти компоненты только под долготе. Это связанно с тем, что зонд находился в плоскости эклиптики, но как известно в случае экзопланет в большинстве случае эта проблема отпадет.

По вопросу влияния облачности авторы статьи также приводят глобальную карту облачности в дни когда проводилась сьемка по данным метеорологических спутников.



В общем первая калибровка этого метода для землеподобных планет уже проведена.

[Golossvyshe]

Интереснейшая тема и интереснейшая статья. В который раз остаётся сказать спасибо Бориславу.

Вопрос по теме. На каком расстоянии Вебб сможет проводить прямое наблюдение землеподобной планеты? Причём в варианте широкой орбиты и тесной, порядка 0,1 ае (для систем красных карликов)

[Borislаv]

Вопрос по теме. На каком расстоянии Вебб сможет проводить прямое наблюдение землеподобной планеты? Причём в варианте широкой орбиты и тесной, порядка 0,1 ае (для систем красных карликов)

Не совсем понял что значит прямое? Т.е. прямой фотографический способ? (не транзитный метод). Если да, то это Веббу видимо не по силам, в основном пишут, об возможном обнаружение аналогов Юпитеров у ближайших звезд. Прямое наблюдение землеподобных планет возлагают на будущий после Вебба космический телескоп (проект ATLAST), либо на 20-40 метровые наземные телескопы.

[Golossvyshe]

Вопрос по теме. На каком расстоянии Вебб сможет проводить прямое наблюдение землеподобной планеты? Причём в варианте широкой орбиты и тесной, порядка 0,1 ае (для систем красных карликов)

Не совсем понял что значит прямое? Т.е. прямой фотографический способ? (не транзитный метод).

Именно наблюдение нетранзитов. Со снятием инфракрасного спектра посредством NIRSpec.

Если да, то это Веббу видимо не по силам, в основном пишут, об возможном обнаружение аналогов Юпитеров у ближайших звезд.

В таком случае Вебб окажется бесполезен для поисков живых планет. Транзит земли на широкой орбите - "космическое чудо", а тут необходима сплошная статистика. Наблюдение сотен планетных систем.

[Borislаv]

В таком случае Вебб окажется бесполезен для поисков живых планет. Транзит земли на широкой орбите - "космическое чудо", а тут необходима сплошная статистика. Наблюдение сотен планетных систем.

Ну почему же. До запуска еще 4 года. Уже сейчас есть очень перспективные планеты у красных карликов для транзитной спектроскопии - GJ1214b, GJ436с (неофициально). Так что к моменту начала работы откроют еще более перспективные транзитные планеты у красных карликов.

Насчет фотографических поисков планет "Веббом" есть такая презентация
http://exep.jpl.nasa.gov/presentations/191-04-3-Beichman.pdf
Из нее следует, что такие поиски проведут по двум направлениям:
1) у близких красных карликов (5-10 MJup, <5 AU, 1 Gyr) в том числе подтверждение газовых гигантов у Глизе876
2) у молодых звезд (<0.3 MJup, 5-200 AU, <0.1-1 Gyr)