Несмотря на то, что большая часть поверхности Земли покрыта водой, учёные не прекращают поиски планет за пределами Солнечной системы, которые также содержат воду.
Исследователи из Калифорнийского технологического университета и нескольких других научных учреждений использовали новый метод, дабы проанализировать газообразные атмосферы таких экзопланет. Им удалось впервые за всю историю астрономических исследований идентифицировать воду в атмосфере экзопланеты, масса которой примерно равна массе Юпитера, вращающейся вокруг соседней звезды Tau Booetis. Последующее совершенствование инновационного метода и использование более чувствительных приборов поможет учёным в ближайшем будущем выяснить, сколько «водных» планет, подобных Земле, существует в нашей галактике Млечный Путь.
Результат проведённого исследования 24 февраля 2014 года были представлены в журнале Astrophysical Journal Letters.
Ранее учёным приходилось обнаруживать водяной пар не нескольких экзопланетах, но эти идентификации имели место исключительно при определённых обстоятельствах, отмечает аспирант Alexandra Lockwood, первый автор исследования. По её словам, когда планета проходит перед своей родительской звездой – это самый удобный случай для того, чтобы обнаружить водяной пар и прочие атмосферные соединения. Она также отмечает, что если планета достаточно далеко от своей звезды, учёные могут исследовать её атмосферу по полученным снимкам.
Тем не менее, значительная часть экзопланет не подпадает ни под один из этих критериев. До недавнего времени учёные не имели возможности получения информации об атмосфере таких экзопланет. Обеспокоенные этой проблемой, Lockwood и её координатор Geoffrey Blake, профессор химии, космохимии и планетарных наук, разработали новый метод идентификации воды в атмосфере планет за пределами Солнечной системы. Другие исследователи использовали аналогичные подходы для идентификации угарного газ в Tau Booetis b.
Метод RV предусматривает использование радиальной скорости — Radial Velocity. Эта техника широко используется в видимой части спектра, к которой органы зрения человека весьма чувствительных, для обнаружения экзопланет, которым не свойственен «транзит». Основанный на эффекте Доплера, метод RV предусматривает определение движения звезды, обусловленного гравитационным притяжением её планеты-компаньона: звезда движется навстречу направлению орбитального движения планеты, ввиду чего характеристики звезды «отпечатываются» в длине волны. Большая планета или планета, расположенная близко к своей родительской звезде обеспечивает более значимый сдвиг.
Lockwood, Blake и их коллеги расширили метод RV в инфракрасной диапазоне спектра для того, чтобы определить орбиту экзопланеты Tau Booetis b вокруг её родительской звезды, добавив к ней последующий анализ сдвигов через спектроскопию – анализ спектра источников излучения. Так как каждое химическое соединение испускает световую волну определённой длины, исследователи имеют возможность анализировать молекулы, входящие в состав атмосферы экзопланеты. Используя данные о Tau Booetis b, собранные посредством Near Infrared Echelle Spectrograph (NIRSPEC) обсерватории W. M. Keck Observatory на Гавайях, исследователи смогли идентифицировать молекулярную подпись воды в спектре света, исходящего от экзопланеты, подтвердив, что атмосфера планеты действительно содержит водяной пар.
В дополнение к использованию спектрографического метода для изучения атмосферного состава экзопланеты, техника RV также позволяет исследователям определить массу экзопланеты. По словам Alexandra Lockwood, метод RV – это фактически два результата, каждый из который весьма ценен.
Предыдущие методы, в основу которых была положена радиальная скорость, используемые для оценки массы, предуматривали определение лишь ориентировочной массы планеты –минимально возможной массу экзопланеты, которая могла быть в разы меньше фактической. Новый, усовершенствованный метод обеспечивает новый способ измерения массы, что чрезвычайно важно для понимания того, как происходило формирование планитарной системы
По словам исследователей, использование нового метода на сегодняшний день имеет одно ограничение. В частности, RV можно использовать лишь для анализа так называемых «горячих юпитеров» — газовых гигантов, подобных Tau Booetis b.
