Пригодность экзопланет для жизни зависит от множества факторов, среди которых наличие жидкой воды является одним из ключевых. Также необходима стабильная атмосфера, подходящий химический состав и, возможно, такие явления, как тектоника плит или другая геологическая активность. Важную роль играют планетарные магнитные поля, однако их обнаружение с поверхности Земли затруднено.
Проблема заключается в ионосфере Земли — слое атмосферы, который создаёт барьер, блокирующий некоторые радиочастоты от достижения поверхности Земли. Астрономы считают, что наиболее заметные сигналы из атмосфер экзопланет находятся ниже 10 МГц, но этот диапазон блокируется ионосферой.
Луна не имеет такого ионосферного барьера, и в новой статье показано, как радиомассив на Луне может стать инструментом, необходимым для изучения магнитных полей экзопланет. Исследование под названием «Изучение экзопланет в радиодиапазоне с Луны» опубликовано на сервере препринтов arXiv. Автор исследования — доктор Джейк Тёрнер из отдела астрономии Корнельского университета.
Ионосфера Земли состоит из ионов — электрически заряженных атомов и молекул. Солнечное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение оторвало от них электроны, поэтому они не являются электрически нейтральными. Ионосфера не является единым слоем; она состоит из слоёв с разной плотностью ионов. Ионосфера используется для распространения радиосигналов на большие расстояния на Земле, и именно это свойство делает её барьером для изучения магнитных полей экзопланет.
Луна лишена плотной атмосферы и ионосферы, у неё есть только крайне разрежённая атмосфера, называемая экзосферой, которая состоит из разрежённых молекул, удерживаемых гравитацией Луны. Именно поэтому Тёрнер и его коллеги нацелились на Луну.
«Несмотря на десятилетия поисков, до сих пор не было окончательного обнаружения магнитного поля экзопланеты», — пишут авторы, отмечая, что начали появляться многообещающие намёки. В 2021 году Тёрнер и его коллеги обнаружили намёки на магнитосферу у Тау Боотиса b, экзопланеты, расположенной примерно в 51 световом году от нас.
Поиск магнитных полей экзопланет сводится к изучению авроральных излучений. «Наблюдение за планетарным авроральным радиоизлучением является одним из наиболее перспективных методов обнаружения магнитных полей экзопланет», — объясняют исследователи в своей статье. «Магнитное поле экзопланеты можно обнаружить по радиоизлучению планеты, генерируемому нестабильностью электронно-циклотронного мазера (CMI)».
На Солнце все намагниченные планеты и спутники излучают радиоволны с помощью одного и того же механизма. Большинство этих излучений были обнаружены с помощью спутников; только излучение Юпитера было достаточно сильным, чтобы его можно было зафиксировать с Земли. Это просто невозможно, когда речь идёт об экзопланетах, поскольку они находятся намного дальше, а их излучение намного слабее, когда достигает нас. Для изучения магнитных полей экзопланет, по мнению авторов, необходим массив радиоантенн на Луне.
Уже существуют так называемые миссии-прототипы в этом направлении. Лунный эксперимент по изучению электромагнетизма (LuSEE-Night) — это роботизированный радиотелескоп, находящийся в стадии планирования. Если его реализует компания Commercial Lunar Payload Services (CLPS), он приземлится на обратной стороне Луны уже в 2026 году. LuSEE-Night будет проводить всенаправленные радионаблюдения с обратной стороны Луны, используя Луну для блокировки мешающих радиоизлучений Земли.
Инструмент Radiowave Observations on the Lunar Surface of the photo-Electron Sheath (ROLSES-1) был доставлен на Луну на лунном посадочном модуле Intuitive Machines Odysseus в феврале 2024 года. К сожалению, посадочный модуль опрокинулся на бок после приземления. Однако ROLSES-1 смог собрать небольшое количество данных с лунной поверхности, хотя развёртывание было неоптимальным. Несмотря на короткую жизнь, опыт работы прибора и ограниченные данные были бесценны для будущих лунных радиотелескопов.
В своей статье авторы также объясняют, как две предложенные миссии могут продвинуть изучение магнитных полей экзопланет. FarView Observatory — это предлагаемый массив радиотелескопов, состоящий из 100 000 отдельных дипольных антенн, охватывающих около 200 квадратных километров. Он будет изготовлен на месте на обратной стороне Луны путём извлечения металлов из лунного реголита.
FARSIDE (Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark Ages and Exoplanets) — это ещё одна концепция лунного радиотелескопа на обратной стороне Луны. Он будет состоять из массива из 128 антенн с двойной поляризацией, охватывающих 10 квадратных километров. Он будет делать снимки доступного неба каждую минуту.
«FarView и FARSIDE произведут революцию в изучении магнитосфер экзопланет», — пишут авторы. FarView может обнаруживать более слабые сигналы, поэтому должен иметь возможность изучать магнитные поля всего: от землеподобных планет до газовых гигантов, подобных Юпитеру.
«Интересно, что в списке целей FarView в диапазоне частот 5–10 МГц есть несколько суперземель и планет, похожих на Нептун», — объясняют исследователи. Это означает, что FarView усовершенствует моделирование динамо для обитаемых планет в рамках подготовки к будущей работе FARSIDE.
FARSIDE сможет изучать магнитные поля десятков экзопланет, включая некоторые из ближайших кандидатов в обитаемые экзопланеты. Он также будет работать совместно с другими обсерваториями, изучающими атмосферы экзопланет.
Концепция обитаемой зоны полезна, хотя это довольно расплывчатое понятие. Жидкая вода почти наверняка необходима для жизни, и расстояние экзопланеты от своей звезды является основным фактором. Но Земля показывает нам, что для обитаемости нужно нечто большее, чем вода. Магнитный щит нашей планеты делает жизнь возможной, как и тектоника плит и геологическая активность.
Хотя определение геологической активности на расстоянии световых лет от нас нам не под силу, определение магнитных полей — почти в наших силах.
«Подводя итог, FarView и FARSIDE откроют совершенно новый режим в статистической экзопланетной радионауке и сравнительной планетологии», — заключают авторы.
Предоставлено Universe Today.