Атмосферы экзопланет: что известно и что предстоит узнать?

Июль 23, 2022

Главная
Астрономия
Атмосферы экзопланет: что известно и что предстоит узнать?

Содержание

2. Жизненный цикл межзвездного вещества в нашей Галактике Экзопланеты: образование
3. Первая экзопланета, открытая в 1995 г. у звезды солнечного типа: - 51 Peg – M=1.1 Msun
4. Система из 8 планет у подобной Солнцу звезды Kepler-90, расположенной на расстоянии в 2545 световых лет.
5. Слева: показаны орбитальный период в земных днях и размер планеты в радиусах Земли Справа: показаны расстояние
6. Космический телескоп Кеплер: Основная миссия наблюдений транзитов 2009 -2013 гг.; Поле наблюдений ~150 000 звезд; Открыто
7. Экзопланеты: распределение планет по данным КТ Кеплер Экзопланеты занимают широкий диапазон значений по массе планеты и
8. Экзопланеты: в зонах обитаемости Текущая статистика экзопланет, находящихся в потенциальных зонах обитаемости своих родительских звезд
9. Экзопланеты: сколько планет? Общие выводы из текущей статистики экзопланет на основе наблюдений КТ Кеплер: планеты разных
10. Экзопланеты: эпоха характеризации Открытия планет: как много планет в нашей галактике? - измерения радиальных скоростей; -
11. Внесолнечные планеты: эпоха характеризации
12. Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации Первичная геофизическая характеризация экзопланет по диаграмме масса-радиус: - определить среднюю плотность планеты
13. Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации Схематическое представление различных классов атмосфер (Forget & Leconte, 2014). Показаны только ожидаемые
14. Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации Распределение известных в настоящее время экзопланет в зависимости от расстояния до звезды
15. Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации Proxima b Trappist-1
16. Экзопланеты: характеристики химии атмосфер 0.1—0.2 μm 0.3–1.7 μm 3.0–24 μm HST JWST Spitzer IR ST
17. Экзопланеты: характеристики химии атмосфер Спектр пропускания для суб-нептуна GJ1214b (M=6ME, R=2.7RE, Teff > 400K): Черный цвет-
18. Экзопланеты: характеристики химии атмосфер Образование горячих водородных оболочек и потери атмосферы по наблюдениях на КТХ в
19. Экзопланеты: газовые оболочки экзопланет Интерпретация наблюдений на КТХ протяженной водородной атмосферы HD209458b: В ИНАСАН разработана 3D
20. Экзопланеты: газовые оболочки экзопланет Разработанная теория газовых оболочек горячих юпитеров позволила объяснить эффект раннего затмения, открытый
21. Экзопланеты: распределение планет по данным КТ Кеплер Экзопланеты занимают широкий диапазон значений по радиусу планеты и
22. Экзопланеты: эволюция атмосфер Схематическое представление путей образования и эволюции планет, посредством которых, начиная с газо-пылевой фракции
23. Планеты- гиганты, а также большинство малых планет образуют во внешних, более холодных областях околозвездных дисков, где
24. Экзоатмосферы: эволюция - Земля Сходный сценарий изменения атмосферы для ранней Земли после образования плотной паровой атмосферы
25. Экзопланеты: Зоны обитаемости Голубым выделена стандартная зона для каменистых планет с N2-CO2-H2O атмосферами; Темно-голубым – расширенная
26. Экзопланеты: астробиологические характеристики (Meadows, 2006) O3 H2O H2O H2O O2 21% O2 0.1% O2 Если фотосинтез
27. Атмосферы экзопланет: модели Модельные спектры атмосфер малых экзопланет. Спектры отраженного света представлены в единицах отношения потока
28. Классические биомаркеры: Жизнь на Земле проявляется в глобальных изменениях среды: – атмосферы – молекулярный кислород; –
29. Биомаркеры: диссипация атмосферы Ложные срабатывания для кислорода, их спектральные дискриминанты и нужные диапазоны длин волн для
30. Экзопланеты: перспективы исследований
31. Экзопланеты: перспективы исследований –Россия Спектр-УФ (Всемирная космическая обсерватория-УФ) Телескоп: T-170M, 1.7 m, f/10, Россия. Спектрографы: WUVS
33. Скачать презентацию

Слайд 2

Жизненный цикл межзвездного вещества в нашей Галактике
Экзопланеты: образование

Слайд 3

Первая экзопланета, открытая в 1995 г. у звезды солнечного типа:
- 51

Peg – M=1.1 Msun
- Планета 51 Peg b со следующими характеристиками: T=4.7 дня, a=0.005 a.u., M=0.47 MJupiter.

Экзопланеты: образование и эволюция

Наша Солнечная система

Слайд 4

Система из 8 планет у подобной Солнцу звезды Kepler-90, расположенной на

расстоянии в 2545 световых лет. Планета Kepler-90i открыта в декабре 2017 г.

Экзопланеты: образование и эволюция

Наша Солнечная система

Слайд 5

Слева: показаны орбитальный период в земных днях и размер планеты в

радиусах Земли
Справа: показаны расстояние до звезды в а.е. и масса планеты в массах Земли

Экзопланеты: статистика

Открыто ~ 3800 планет (http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/)
Методы обнаружения экзопланет: - транзитный (~ 78%), измерения лучевых скоростей родительских звезд (~18%), тайминга (0.8%), гравитационного микролинзирования (1.5%), прямого получения изображений экзопланет (1.2%).

Слайд 6

Космический телескоп Кеплер:
Основная миссия наблюдений транзитов 2009 -2013 гг.;
Поле наблюдений ~150

000 звезд;
Открыто более 5000 кандидатов в экзопланеты, более половины из которых подтверждено другими методами наблюдений;
Расширенная миссия К2 2014-2017.

Экзопланеты: КТ Кеплер

Расстояние от Солнца в а.е.

Слайд 7

Экзопланеты: распределение планет по данным КТ Кеплер
Экзопланеты занимают широкий диапазон значений

по массе планеты и ее эффективной температуре:
Экзоземли и суб-земли (Т~ 300 К; R <1.25RE);
Супер-земли (Т~ 500 К; R~ (1.25 – 2.0)RE );
Горячие нептуны и суб-нептуны (водные миры) (Т~ 700 -1200 К; R~ (2.0 – 6.0)RE );
- Горячие (экстремально горячие) юпитеры (Т~ 1300 -3000 К) на близких к звезде орбитах;
Теплые и холодные газовые гиганты (Т~ 500 -1500 К; R~ (6.0 – 15.0)RE ), относительно удаленные от звезды.

Слайд 8

Экзопланеты: в зонах обитаемости
Текущая статистика экзопланет, находящихся в потенциальных зонах обитаемости

своих родительских звезд

Слайд 9

Экзопланеты: сколько планет?
Общие выводы из текущей статистики экзопланет на основе наблюдений

КТ Кеплер:
планеты разных типов, начиная от планет с лавой или магмой на поверхности, и до планет-океанов и ледяных планет;
в среднем встречается одна планета почти у каждой звезды в нашей Галактике;
планеты с размером Земли достаточно обычны и, более того, часто расположены в зоне потенциальной обитаемости родительской звезды!

Слайд 10

Экзопланеты: эпоха характеризации
Открытия планет: как много планет в нашей галактике?
-

измерения радиальных скоростей;
- фотометрия транзитов.
2. Характеристики планет: на что похожи экзопланеты?
- спектроскопия транзитов;
- прямые изображения планет;
- внутреннее строение и
атмосферы планет.
«Тусклые голубые точки»: Обитаемы ли экзопланеты? Есть ли признаки жизни?
- спектроскопия транзитов;
- прямые изображения планет;
- эволюция планетных атмосфер;
- биомаркеры.

Слайд 11

Внесолнечные планеты: эпоха характеризации

Слайд 12

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Первичная геофизическая
характеризация экзопланет по
диаграмме масса-радиус:
-

определить среднюю
плотность планеты - каменные,
ледяные или газовые планеты!
Общие тенденции: большое
разнообразие планет по сравнению с Солнечной системой; горячие планеты-гиганты, «раздутые» планеты-гиганты, выборочность наблюдений и т.д.
Ограничения на теорию образования планет:
переход между каменистыми и газовыми планетам;
эффективность накопления и потери Н/Не оболочек:
атмосферное убегание; - ….

Слайд 13

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Схематическое представление различных классов атмосфер (Forget & Leconte,

2014). Показаны только ожидаемые основные газы, другие (примесные) газы также могут присутствовать. Каждая линия представляет собой переход от одного режима к другому, но эти «переходы» нуждаются в жесткой калибровке по наблюдениям. Планеты Солнечной системы показаны вместе с планетой с океаном лавы, планетой-океаном и горячим Юпитером.

Слайд 14

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Распределение известных в настоящее время экзопланет в зависимости

от расстояния до звезды (до 30 а.е.) и радиусов планет. График предполагает непрерывное распределение размеров планет - от суб-земель до супер-юпитеров.

Слайд 15

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Proxima b
Trappist-1

Слайд 16

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер
0.1—0.2 μm 0.3–1.7 μm 3.0–24 μm
HST
JWST
Spitzer IR

Слайд 17

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер
Спектр пропускания для суб-нептуна GJ1214b
(M=6ME, R=2.7RE, Teff

> 400K):
Черный цвет- недавние данные КТХ;
Желтый – модель водородной атмосферы без облаков;
Синий – модель атмосферы из паров воды.
Анализ указывает на присутствие облаков и дымки в атмосфере. Но почему так высоко в атмосфере?

Слайд 18

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер
Образование горячих водородных оболочек и потери атмосферы по

наблюдениях на КТХ в УФ диапазоне (L. Fossati, D. Bisikalo,…) :
- Протяженные оболочки образуются у горячих юпитеров и нептунов (синие символы – WASP-12b, HD209458 b, HD189733 b, 55 Cnc b, GJ436 b)
- Не наблюдаются у супер-земель (красные символы – Kepler 444b-f, 55 Cnc e, HD97658b,…)

WASP-12b

HD209458 b

Слайд 19

Экзопланеты: газовые оболочки экзопланет
Интерпретация наблюдений на КТХ протяженной водородной атмосферы HD209458b:
В

ИНАСАН разработана 3D газодинамическая модель взаимодействия звездного ветра с атмосферой экзопланеты на близкой к родительской звезде орбите. Это позволило развить классификацию газовых оболочек, образующихся в результате воздействия звездного ветра на атмосферу горячего юпитера или нептуна (Бисикало и др., 2013):
(а) если точка лобового столкновения лежит внутри полости Роша планеты, то оболочки имеют почти сферическую форму классической атмосферы, слегка искаженную воздействием звезды и взаимодействием с газом звездного ветра;
(б) если точка лобового столкновения находится за пределами полости Роша, то начинается истечение через окрестности точек Лагранжа L1 и L2, и оболочка становится либо замкнутой, либо незамкнутой, и существенно несимметричной.

Тэ = 6000 – 8000 К

Слайд 20

Экзопланеты: газовые оболочки экзопланет
Разработанная теория газовых оболочек горячих юпитеров позволила объяснить

эффект раннего затмения, открытый в наблюдениях для транзитов экстремально горячего юпитера WASP-12b при помощи КТХ, за счет образования сильно ассиметричной структуры газовой оболочки (Bisikalo et al., ApJ, 2013).

Слайд 21

Экзопланеты: распределение планет по данным КТ Кеплер
Экзопланеты занимают широкий диапазон значений

по радиусу планеты и потоку излучения от родительской звезды. Выявлены следующие структуры:
А) пустыня горячих нептунов (Т~ 700 -1200 К; R~ (2.0 – 6.0)RE );
Б) ущелье фотоиспарения, разделяющее каменистые экзоземли и супер-земли
(R < 1.8RE ) и суб-нептуны и водные миры (R >2.0RE).

Пустыня горячих нептунов

Ущелье фотоиспарения

Слайд 22

Экзопланеты: эволюция атмосфер
Схематическое представление путей образования и эволюции планет, посредством которых,

начиная с газо-пылевой фракции в околозвездных дисках, образуются различные виды планет. Черные стрелки указывают пути, связанные с процессами образования (например, неустойчивость диска, аккреция пыли, захват газа), а синие стрелки указывают пути, задаваемые атмосферной эволюцией (например, атмосферное убегание, эрозия атмосферы, дегазация). Планеты делятся на три широкие категории: скальные/ледяные планеты (в основном состоящие из Si, Mg, Fe, C, O), газовые планеты-гиганты (для которых H и He представляют значительную часть их массы) и переходные планеты (охватывающие переход между крупнейшими скалистыми и ледяными планетами и самыми маленькими богатыми газом планетами). Солнечная система предлагает нам примеры скалистых и ледяных планет и газовых гигантов, но в ней нет переходных планет.

Слайд 23

Планеты-
гиганты,
а также
большинство
малых планет
образуют во
внешних,
более

холодных областях
околозвездных
дисков, где
присутствует
большая часть
газа, пыли и льдов.
Миграция
доставляет
значительную
часть планет
ближе к звезде.

Экзопланеты: эволюция атмосфер

Слайд 24

Экзоатмосферы: эволюция - Земля
Сходный сценарий изменения атмосферы для ранней Земли после

образования плотной паровой атмосферы в течение процесса затвердевания океана магмы.

Слайд 25

Экзопланеты: Зоны обитаемости
Голубым выделена стандартная зона для каменистых планет с

N2-CO2-H2O атмосферами;
Темно-голубым – расширенная зона для планет в переходной области от каменистых к суб-нептунам.

Слайд 26

Экзопланеты: астробиологические характеристики
(Meadows, 2006)
O3
H2O
H2O
H2O
O2
<0.3% ppmv O2
21% O2
0.1% O2
Если фотосинтез прекращается, то

содержание О2 уменьшится
экспоненциально до <0,4% в течение ~10 млн. лет.
Предлагается поиск подобных Земле экзопланет с О2 и СН4 в качестве
биомаркеров.

Слайд 27

Атмосферы экзопланет: модели
Модельные спектры атмосфер малых экзопланет. Спектры отраженного света представлены

в единицах отношения потока от планета/звезда и их спектральное разрешение предполагается для экзоЗемель в наблюдениях с будущими космическими телескопами способными подавлять излучение звезды (Seager & Bains, 2015).

Слайд 28

Классические биомаркеры:
Жизнь на Земле проявляется в глобальных изменениях среды:
– атмосферы –

молекулярный кислород;
– поверхности – red edge (Sagan et al., 1993);
– изменений во времени - сезонные изменения растительного покрова, сезонная периодичность в содержании атмосферных CO2 и СН4
связана с газовым обменом (дыханием) биосферы Земли;
- Термодинамическое неравновесие атмосферы, O2 /СН4, и т.д.
Наиболее важными молекулами являются следующие:
• H2O и CO2 в качестве маркеров обитаемости;
• О2, О3 , N2O и CH4 в качестве потенциальных биомаркеров.
• Кислород и его производная - озон считаются устойчивыми продуктами, а их известные фотохимические механизмы образования работают лишь вне пределов зоны потенциальной обитаемости.
Для подобной Земле планеты, которая находится в зоне обитаемости, свободный О2 - это надежный показатель жизни!!!
Des Marais et al., Remote Sensing of Planetary Properties and Biosignatures on Extrasolar Terrestrial Planets. Astrobiology, 2002.

Слайд 29

Биомаркеры: диссипация атмосферы
Ложные срабатывания для кислорода, их спектральные дискриминанты и нужные

диапазоны длин волн для наблюдений (Meadows, 2016).

Слайд 30

Экзопланеты: перспективы исследований

Слайд 31

Экзопланеты: перспективы исследований –Россия Спектр-УФ (Всемирная космическая обсерватория-УФ)
Телескоп: T-170M, 1.7 m,
f/10,

Россия.
Спектрографы:
WUVS (UVES + VUVES),
R ≈ 5-6x104; 115-180, 178-305
LSS, R ≈ 1000, 115-305 нм
Россия.
Камеры:
λ=110 - 340 нм,
2 УФ камеры (в дальнем и
ближнем УФ диапазонах).
Россия, Испания
+ 1 УФ камера
Россия, Япония
Платформа: «Навигатор»,
Россия.
Наземный сегмент: Россия,
Испания.

Одна из основных задач СПЕКТР-УФ:
Изучение физико-химического состава атмосфер планет в
Солнечной и внесолнечных системах и астрохимия в поле
УФ излучения

Атмосферы экзопланет: что известно и что предстоит узнать?

Содержание

Жизненный цикл межзвездного вещества в нашей ГалактикеЭкзопланеты: образование

Первая экзопланета, открытая в 1995 г. у звезды солнечного типа:- 51

Система из 8 планет у подобной Солнцу звезды Kepler-90, расположенной на

Слева: показаны орбитальный период в земных днях и размер планеты в

Космический телескоп Кеплер:Основная миссия наблюдений транзитов 2009 -2013 гг.;Поле наблюдений ~150

Экзопланеты: распределение планет по данным КТ КеплерЭкзопланеты занимают широкий диапазон значений

Экзопланеты: в зонах обитаемостиТекущая статистика экзопланет, находящихся в потенциальных зонах обитаемости

Экзопланеты: сколько планет?Общие выводы из текущей статистики экзопланет на основе наблюдений

Экзопланеты: эпоха характеризацииОткрытия планет: как много планет в нашей галактике? -

Внесолнечные планеты: эпоха характеризации

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризацииПервичная геофизическая характеризация экзопланет по диаграмме масса-радиус: -

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризацииСхематическое представление различных классов атмосфер (Forget & Leconte,

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризацииРаспределение известных в настоящее время экзопланет в зависимости

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризацииProxima bTrappist-1

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер 0.1—0.2 μm 0.3–1.7 μm 3.0–24 μmHSTJWSTSpitzer IR

Экзопланеты: характеристики химии атмосферСпектр пропускания для суб-нептуна GJ1214b (M=6ME, R=2.7RE, Teff

Экзопланеты: характеристики химии атмосферОбразование горячих водородных оболочек и потери атмосферы по

Экзопланеты: газовые оболочки экзопланетИнтерпретация наблюдений на КТХ протяженной водородной атмосферы HD209458b:В

Экзопланеты: газовые оболочки экзопланетРазработанная теория газовых оболочек горячих юпитеров позволила объяснить

Экзопланеты: распределение планет по данным КТ КеплерЭкзопланеты занимают широкий диапазон значений

Экзопланеты: эволюция атмосферСхематическое представление путей образования и эволюции планет, посредством которых,

Планеты- гиганты, а также большинство малых планет образуют во внешних, более

Экзоатмосферы: эволюция - ЗемляСходный сценарий изменения атмосферы для ранней Земли после

Экзопланеты: Зоны обитаемости Голубым выделена стандартная зона для каменистых планет с

Экзопланеты: астробиологические характеристики(Meadows, 2006)O3H2OH2OH2OO2<0.3% ppmv O221% O20.1% O2Если фотосинтез прекращается, то

Атмосферы экзопланет: моделиМодельные спектры атмосфер малых экзопланет. Спектры отраженного света представлены

Классические биомаркеры:Жизнь на Земле проявляется в глобальных изменениях среды:– атмосферы –

Биомаркеры: диссипация атмосферыЛожные срабатывания для кислорода, их спектральные дискриминанты и нужные

Экзопланеты: перспективы исследований

Экзопланеты: перспективы исследований –Россия Спектр-УФ (Всемирная космическая обсерватория-УФ)Телескоп: T-170M, 1.7 m, f/10,

Похожие презентации

Жизненный цикл межзвездного вещества в нашей Галактике
Экзопланеты: образование

Первая экзопланета, открытая в 1995 г. у звезды солнечного типа:
- 51

Космический телескоп Кеплер:
Основная миссия наблюдений транзитов 2009 -2013 гг.;
Поле наблюдений ~150

Экзопланеты: распределение планет по данным КТ Кеплер
Экзопланеты занимают широкий диапазон значений

Экзопланеты: в зонах обитаемости
Текущая статистика экзопланет, находящихся в потенциальных зонах обитаемости

Экзопланеты: сколько планет?
Общие выводы из текущей статистики экзопланет на основе наблюдений

Экзопланеты: эпоха характеризации
Открытия планет: как много планет в нашей галактике?
-

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Первичная геофизическая
характеризация экзопланет по
диаграмме масса-радиус:
-

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Схематическое представление различных классов атмосфер (Forget & Leconte,

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Распределение известных в настоящее время экзопланет в зависимости

Экзопланеты: эпоха геофизической характеризации
Proxima b
Trappist-1

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер
0.1—0.2 μm 0.3–1.7 μm 3.0–24 μm
HST
JWST
Spitzer IR

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер
Спектр пропускания для суб-нептуна GJ1214b
(M=6ME, R=2.7RE, Teff

Экзопланеты: характеристики химии атмосфер
Образование горячих водородных оболочек и потери атмосферы по

Экзопланеты: газовые оболочки экзопланет
Интерпретация наблюдений на КТХ протяженной водородной атмосферы HD209458b:
В

Экзопланеты: газовые оболочки экзопланет
Разработанная теория газовых оболочек горячих юпитеров позволила объяснить

Экзопланеты: распределение планет по данным КТ Кеплер
Экзопланеты занимают широкий диапазон значений

Экзопланеты: эволюция атмосфер
Схематическое представление путей образования и эволюции планет, посредством которых,

Планеты-
гиганты,
а также
большинство
малых планет
образуют во
внешних,
более

Экзоатмосферы: эволюция - Земля
Сходный сценарий изменения атмосферы для ранней Земли после

Экзопланеты: Зоны обитаемости
Голубым выделена стандартная зона для каменистых планет с

Экзопланеты: астробиологические характеристики
(Meadows, 2006)
O3
H2O
H2O
H2O
O2
<0.3% ppmv O2
21% O2
0.1% O2
Если фотосинтез прекращается, то

Атмосферы экзопланет: модели
Модельные спектры атмосфер малых экзопланет. Спектры отраженного света представлены

Классические биомаркеры:
Жизнь на Земле проявляется в глобальных изменениях среды:
– атмосферы –

Биомаркеры: диссипация атмосферы
Ложные срабатывания для кислорода, их спектральные дискриминанты и нужные

Экзопланеты: перспективы исследований –Россия Спектр-УФ (Всемирная космическая обсерватория-УФ)
Телескоп: T-170M, 1.7 m,
f/10,