Магнитные поля играют значимую, хотя и не всегда очевидную роль в формировании и развитии планетарных систем.
Магнитное поле защищает атмосферу планеты от солнечного ветра, стабилизирует климат и может даже оказывать влияние на погодные процессы — например, известно о роли магнитных полей в гигантских бурях на Юпитере. Без значительного магнитного поля планета может стать пустыней, как это произошло с Марсом. Однако на данный момент наше понимание связанных с ним процессов ограничено восемью планетами Солнечной системы. Новое исследование изменяет существующую ситуацию и позволяет сделать шаг в изучении магнитных полей экзопланет.
Группа ученых из Европы, США, Индии и ОАЭ разработала методы, которые позволят выявлять и анализировать магнитные поля планет за пределами Солнечной системы. Существуют два основных подхода: прямой и косвенный. Прямой метод включает изучение взаимодействия света с магнитными полями через так называемые эффекты Ханле и Зеемана. Косвенный — анализ «горячих точек» в атмосфере звезды-хозяина, которые возникают из-за взаимодействия ее магнитного поля с полем планеты.
Прямое наблюдение базируется на регистрации фотонов, проходящих через атмосферу экзопланеты во время ее транзита перед звездой. Это распространенный способ выявления экзопланет, то есть накопленные данные могут быть использованы повторно. Эффект Ханле возникает, когда свет изменяется под воздействием магнитного поля, особенно если оно ориентировано перпендикулярно линии обзора. Поляризованный свет поглощается атомами гелия, создавая четкую спектральную линию на длине волны 1083 нанометра — так называемый триплет гелия. Особенность этого эффекта заключается в том, что он чувствителен даже к слабым магнитным полям, что позволяет исследовать объекты с полями слабее земного.
Эффект Зеемана, в свою очередь, работает с круговой поляризацией света. Он позволяет фиксировать магнитные поля, направленные вдоль линии обзора. Комбинируя оба эффекта, исследователи могут получить полное представление о магнитной конфигурации экзопланеты: как по силе, так и по направлению. К тому же оба метода основываются на дифференциальных измерениях, что дает возможность исключить фоновое излучение самой звезды. Однако такая методика требует, чтобы планета была достаточно крупной и находилась близко к своей звезде, так как только в этом случае через атмосферу проходит достаточное количество фотонов.
Косвенный метод также требует близкого расположения планеты к звезде, но по другой причине. Здесь ученые ищут локальные участки повышения температуры — горячие точки в атмосфере звезды, которые возникают из-за взаимодействия ее магнитного поля с полем экзопланеты. При этом размеры самой планеты не имеют особого значения, главное — чтобы она находилась внутри так называемой альфвеновской поверхности звезды — области, где магнитное взаимодействие наиболее активно. Для нашего Солнца эта граница располагается на расстоянии от 10 до 20 солнечных радиусов, и даже Меркурий находится за ее пределами. Но большинство известных экзопланет вращаются очень близко к своим звездам, так что условия для наблюдений вполне благоприятны.
Авторы исследования возлагают большие надежды на будущие миссии, такие как Habitable Worlds Observatory, запуск которого запланирован не ранее чем через 15 лет. Этот телескоп сможет собрать детализированные данные, необходимые для анализа столь тонких эффектов. До тех пор ученым остается работать с сильными полями и наиболее близкими к звездам планетами, используя потенциал уже действующих обсерваторий.
Фото: hi-tech.mail.ru