За два десятилетия, прошедших с момента открытия первой планеты за пределами Солнечной системы, астрономы немало продвинулись в их изучении. Если ещё 20 лет назад событием было само открытие очередной планеты, то сегодня астрономы готовы говорить об их спутниках, атмосферах и климате — атрибутах, которыми обладают близкие к нам планеты Солнечной системы.
Одним из важных свойств всех планет — и твердых, и газообразных — является возможность существования у них магнитного поля. На Земле оно защищает все живое от проникновения к поверхности губительных космических частиц и помогает животным ориентироваться в пространстве. Как видим, оценка магнитного очень важна для исследователей, которые пытаются найти признаки существования жизни в космосе.
Кристина Кислякова из Института космических исследований Австрийской академии наук (IWF OAW) в составе международной группы физиков впервые сумела оценить магнитный момент и форму магнитосферы экзопланеты. Среди авторов работы – Максим Ходаченко, сотрудник отдела излучений и вычислительных методов Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. Ходаченко также является сотрудником Института космических исследований Австрийской академии наук.
Планета HD 209458b (Осирис), является горячим юпитером. Она примерно на треть легче самого Юпитера и примерно на треть крупнее него. Газовый гигант обращается по близкой орбите вокруг своей звезды HD209458, из-за чего планета сильно раскалена. Год HD 209458b длится всего 3,5 земных дня. Она давно известна астрономам и относительно хорошо исследована. В частности, это первая планета, на которой удалось обнаружить присутствие атмосферы. Поэтому для многих учёных она стала модельным объектом для развития их гипотез.
При помощи космического телескопа "Хаббл" учёные провели наблюдения звезды HD 209458 по линии водорода в моменты транзита, то есть когда планета оказывалась между Землей и самой звездой. Выяснив, как свет звезды поглощается атмосферой планеты, астрономы смогли оценить форму газового облака, окутывающего горячий юпитер, а из этого вычислить конфигурацию магнитосферы.
"Мы смоделировали формирование облака горячего водорода вокруг планеты и показали, что лишь одна конфигурация удовлетворяет наблюдениям, которая соответствует определенным значениям магнитного момента и параметрам звёздного ветра", — пояснила Кристина Кислякова.
Для полноты модели учёные учитывали много факторов, определяющих взаимодействие звёздного ветра с атмосферой планеты, так называемую перезарядку атомов звёздным ветром и их ионизацию, гравитацию, давление излучения, а также спектральное уширение линий.
Согласно существующим представлениям размеры оболочки атомарного водорода определяются взаимодействием истекающего с планеты газа с протонами, входящими в состав звёздного ветра. Как и на Земле, взаимодействие атмосферы со звёздным ветром происходит выше магнитосферы, поэтому, зная параметры облака атомарного водорода, с помощью модели можно оценить размер магнитосферы.
Так как непосредственно измерить магнитное поле экзопланет в настоящее время невозможно, используются косвенные методы, например, при помощи радионаблюдений. В том числе ранее проводились и радионаблюдения планеты HD 209458b . Но в силу большого расстояния попытки зафиксировать радиоизлучение экзопланет до сих пор остаются безуспешными.
"У планеты оказалась относительно небольшая магнитосфера с радиусом всего 2,9 радиуса планеты и с магнитным моментом лишь 10% от магнитного момента Юпитера", — пояснила Кислякова, выпускница Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского. По её словам, это вполне согласуется с оценками эффективности планетарного динамо для данной планеты.
"Этот метод может работать для любой планеты, в том числе для планеты земного типа, при условии наличия протяженной оболочки из высокоэнергетического водорода", — подводит итог Максим Ходаченко.
Описывающая его статья исследователей вышла в журнале Science.
