«Дети» звезд: изучаем экзопланеты

Исследования планет за пределами Солнечной системы – относительно новая область науки, которая появилась совсем недавно. Первую экзопланету открыли 28 лет назад. Сегодня, благодаря специализированным космическим телескопам и наземным наблюдениям, обнаружено и подтверждено существование более 4 000 планет, и это число увеличивается с каждым днем.

Теперь астрофизикам нужно детально изучить найденные экзопланеты и их связи с родительскими звездами. Именно этим и займутся участники проекта «Теоретические и экспериментальные исследования формирования и эволюции внесолнечных планетных систем и характеристик экзопланет», который был предложен Институтом космических исследований Российской академии наук в кооперации с другими институтами и вузами. Всего в проекте задействовано 13 организаций.

Проект получил грант на научные проекты по приоритетным направлением научно-технологического развития России. Организатор конкурса – Минобрнауки России. Максимальная сумма гранта составила 300 млн рублей.

Программа исследований состоит из 13 связанных между собой задач, которые объединены в два блока: наблюдательный и теоретический.

Наблюдательный блок включает поиск новых кандидатов в экзопланеты и исследование физических характеристик тех объектов, чей экзопланетный «статус» был подтвержден. Наблюдать экзопланеты непосредственно очень сложно, так как их затмевает свет родительской звезды. Для исследования их физических характеристик используются методы фотометрии, спектроскопии и спекл-интерферометрии. Параллельно с этим будут разрабатываться инструменты и методы для их прямого наблюдения.

Одна из важных задач наблюдательного блока – поддержка наблюдательной программы по экзопланетам внеатмосферной обсерватории «Спектр-УФ». Космическая обсерватория готовится к запуску в 2025 году. «Спектр-УФ» – это 1,7-метровый телескоп, предназначенный для исследований в ультрафиолетовой части спектра. Его чувствительность соответствует космическому телескопу Хаббл. Возможности нового телескопа позволят впервые провести целый ряд уникальных наблюдений экзопланет и их атмосфер. Исследования нужны для формулировки задач научной программы проекта «Спектр-УФ» и создадут основу его наземного сопровождения.

Одна из подзадач, которая стоит перед астрофизиками, – поиск биомаркеров, веществ, которые могут свидетельствовать о наличии жизни на экзопланетах. Именно в ультрафиолетовой области спектра находятся линии излучения и поглощения кислорода и других элементов, потенциально важных для живых организмов. Наблюдения транзитов экзопланет земного типа в линии атомарного кислорода позволят легко разделить океанические миры, подобные Земле, и сухие аналоги Венеры и Марса. При большом сходстве массы и радиуса Земля и Венера обладают очень разным климатом. Это оказывает сильное влияние на температуру, плотность и протяженность кислородной короны в экзосферах обеих планет, которую сможет наблюдать «Спектр-УФ».

В ходе проекта планируется создать открытую пополняемую базу данных о свойствах экзопланет. Она станет основой для классификации и статистических исследований, необходимых для верификации моделей планетообразования и получения информации о типах планет в Галактике. Вариации распространенности планет во всем пространстве параметров могут указывать на астрофизические явления, играющие важную роль в эволюции планетных систем.

Теоретический блок посвящен моделированию и развитию теории формирования и эволюции экзопланет. Исследования фактически покрывают весь их жизненный цикл: от образования из протопланетных дисков, формирования газовых, плазменных и пылевых оболочек, возможной генерации собственных магнитных полей и электромагнитных излучений при взаимодействии этих полей со звездным ветром.

«Я думаю, что при подготовке проекта нам удалось объединить усилия практически всех российских специалистов, работающих и в вузах, и в академических институтах и имеющих определенный опыт исследования экзопланет или яркие идеи по их изучению. Надо откровенно признать, что Россия не находится сейчас среди лидеров этого важнейшего направления современной науки, имеющего помимо всего прочего и важнейшее мировоззренческое значение. Перед нами стоит непростая задача – не просто догонять лидеров, а найти свои оригинальные подходы, предложить новые методы решения теоретических и экспериментальных проблем, что должно дать возможность российским ученым внести свой весомый вклад в исследования формирования и эволюции внесолнечных планетных систем и характеристик экзопланет», – рассказывает академик Лев Зелёный, научный руководитель Института космических исследований Российской академии наук и координатор программы.

Конкурс Минобрнауки России прошел в рамках подпрограммы «Фундаментальные научные исследования для долгосрочного развития и обеспечения конкурентоспособности общества и государства» программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации».

Организации-участники проекта:

• Институт космических исследований Российской академии наук

• Институт астрономии Российской академии наук

• Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской академии наук

• Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук

• Крымская астрофизическая обсерватория Российской академии наук

• Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук

• Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша Российской академии наук

• Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

• Институт прикладной физики Российской академии наук

• Московского государственный университет им. М. В. Ломоносова

• Санкт-Петербургский государственный университет

• Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

• Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук