Як можна вивчити атмосферу інших планет?

Нам відомо, що атмосфера Юпітера переважно складається з водню та гелію. У супутника Юпітера - Європи - дуже розріджена киснева атмосфера. HD 209458 b – це екзопланета розміром з Юпітер на орбіті зірки HD 209458, що знаходиться на відстані у 154 світлових роки від нас та в її атмосфері є водень, кисень, натрій, вуглекислий газ, метан і навіть водяна пара.

Ці дані були отримані без реальних зразків атмосфери. Але цього не було потрібно, бо ми маємо змогу вивчати атмосферу на інших планетах, супутниках та екзопланетах просто дивлячись на них, а точніше на світло, яке відображається або проходить крізь їхні газові оболонки. Коли світло напрямлене на газ, молекули газу поглинають та розсіюють різні частоти світла в різній кількості. Якщо взяти це світло, яке пройшло крізь газ та розкласти його на складові кольори, використовуючи призму або дифракційну решітку, ми побачимо, що молекули складають відбиток поглинання світла або його випромінювання. Це водень, це азот, кисень, метан, вуглекислий газ і вода.

Коли ми спостерігаємо відображення сонячного світла від атмосфери планет та помічаємо перепади визначеної висоти і частоти, то можемо акуратно порівняти їх з вже визначеними відбитками молекул газу і дізнатись не тільки з яких газів складається атмосфера, але й їх відносне розповсюдження.

Насправді, нам навіть не потрібно дивитись на планету для того, щоб вивчити її атмосферу. Чимало екзопланет були відкриті при проходженні перед материнською зіркою, що для нас виглядає як зниження загальної яскравості світла зірки. Але якщо у екзопланети є атмосфера, молекули газу в ній будуть блокувати деякі частоти сильніше, відповідно до їх молекулярних відбитків. А це значить, що ми можемо провести таке ж порівняння газів, як і раніше. Ось так ми й дізнались про склад атмосфери HD 209458 b.

Звичайно, на практиці використання такого методу для вивчення атмосфери є доволі складним, адже газова оболонка тонка і відбитки її ледве помітні, а нам необхідні для цього великі чутливі телескопи та спектрометри. Також це відбувається тому, що атмосфери складні, а їхні відбитки можуть бути нечіткими або складними для порівняння і тому, що різні частини однієї зірки випромінюють різні кольори, а значить, вплив планети на спектр зірки залежить від того, перед якою її частиною проходить планета. Всі ці складнощі можуть подолати лише кмітливі астрономи, а значить ми можемо вивчати атмосферу на інших планетах, що в сотні світлових років від нас, де їх зовсім не видно.