Магнитные поля играют важную, хотя иногда и недооценённую роль в планетных системах. Без сильного магнитного поля планеты могут превратиться в бесплодные пустоши, как Марс, или стать причиной мощных штормов, как на Юпитере.
Однако наше понимание магнитных полей планет ограничивается восемью планетами Солнечной системы, поскольку данных о магнитных полях экзопланет у нас пока недостаточно. Но ситуация может измениться благодаря новому препринту группы учёных из Европы, США, Индии и ОАЭ.
Согласно статье, существует два основных способа сбора данных о магнитных полях экзопланет:
1. Прямое обнаружение с использованием двух «эффектов» — эффекта Ханле и эффекта Зеемана.
2. Косвенное обнаружение, использующее «горячие точки» в атмосфере звезды-хозяина.
Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
Прямое обнаружение
Для прямого обнаружения обсерватории необходимо зафиксировать фотоны, которые проходят через атмосферу планеты во время её транзита. Учитывая, что транзиты — один из основных способов обнаружения экзопланет, данных о таких событиях должно быть достаточно. Получив эти фотоны, исследователи могут проанализировать их на наличие эффектов Ханле и Зеемана.
Эффект Ханле возникает, когда свет взаимодействует с магнитным полем, особенно если оно перпендикулярно линии зрения. Эти поляризованные световые лучи могут поглощаться атомами гелия в атмосфере планеты, создавая чёткую спектрографическую линию в «триплете He I 1083». Важно, что этот эффект проявляется даже при относительно слабых магнитных полях, поэтому его можно использовать для исследования магнитных полей, которые слабее земного, хотя ориентация поля играет важную роль в измерении его силы.
Эффект Зеемана также связан с поляризацией, но вместо линейной поляризации в определённой ориентации эффект Зеемана рассматривает круговую поляризацию. Свет, проходящий через магнитное поле экзопланеты, может быть поляризован круговым образом из-за магнитных линий, направленных вдоль линии зрения обсерватории. Это согласуется с перпендикулярными магнитными линиями, которые вызывают эффект Ханле.
Сочетание этих двух эффектов может дать относительно чёткое представление о силе и ориентации магнитного поля экзопланеты. Дополнительным преимуществом является то, что, поскольку они используют дифференциальные измерения, легко исключить потенциально мешающие данные, например, фотоны от самой звезды-хозяина. Однако, поскольку эти фотоны должны проходить через атмосферу экзопланеты, их не так много, поэтому этот метод работает только с более крупными планетами, которые находятся близко к своей звезде-хозяину.
Косвенные методы
Косвенные методы также требуют, чтобы планеты-хозяева находились близко к своей звезде, но по другой причине. Они определяют звёздные «горячие точки», которые являются проявлением взаимодействий магнитных полей между звездой и планетой. Планета, размер которой в этом сценарии не так важен, должна быть достаточно близко к своей звезде-хозяину, чтобы находиться в пределах её альфвеновской поверхности — пространства, определяемого областью, где должны происходить взаимодействия магнитных полей звезды и планеты.
Даже Меркурий не находится в пределах альфвеновской поверхности нашего Солнца, которая обычно составляет от 10 до 20 солнечных радиусов от поверхности звезды. Однако, поскольку большинство экзопланет, которые были обнаружены, вращаются очень близко к своей родительской звезде, это не обязательно является недостатком. Однако у этого метода есть и другие недостатки, например, попытка разобраться, является ли магнитная активность, вызывающая горячую точку, результатом действия планеты или какой-либо другой динамической системы в самом магнитном поле звезды.
В конечном счёте необходимы дополнительные научные исследования — и, следовательно, больше данных. Авторы надеются, что будущие миссии, такие как обсерватория «Обитаемые миры» (HWO), будут хорошо подготовлены для сбора данных, необходимых для анализа этих потенциальных магнитных полей. Это не означает, что современные обсерватории не могут провести предварительную работу с сильными магнитными полями, но, учитывая, что HWO не будет запущена как минимум в течение ещё 15 лет, может пройти некоторое время, прежде чем мы действительно сможем лучше понять магнитные поля планет за пределами нашей системы.