Високо в небі танцюють, мерехтячи, велетенські кольорові стрічки. Гарна ніч для любителів полярного сяйва! Смуги червоного стають блакитними і червоними знову, біжать хмари. В нічному небі за ними виблискують зірки. Повний місяць піднімається над горизонтом, велично встають ще два півмісяця...

Полярне сяйво на Юпітері було вперше зареєстровано за його радіовипромінювання. Таким же чином можна було б знайти його на экзопланетах.

Ласкаво просимо на одну з екзопланет. Таких знайдено більше 850 - в основному завдяки спостереженнями коливань світла зірок або коротких затемнень світил. Ці методи здатні розповісти про масою планети і радіус її орбіти. Інші подробиці теоретично можна почерпнути з аналізу атмосфери небагатьох досить великих і близьких до нас планет.

Сама нова ідея - вивчення полярного сяйва. Ніхто його там не бачив, бо світ надто слабкий, щоб пройти відстань навіть від найближчої до нас екзопланети. Але аврори до того ж випромінюють радіохвилі - ось за чим хотіли б пополювати дослідники.

Радіовипромінювання здатне дати величезну кількість інформації, яка недоступна для інших методів. Таким чином можна було б виявити, по-перше, поки ще невидимі світи. А по-друге - обчислити тривалість доби, виміряти силу магнітного поля, отримати уявлення про внутрішні процеси, керуючих магнітним полем, з'ясувати, як планета взаємодіє із зіркою, і навіть відкрити її супутники.

На Землі полярні сяйва стають результатом зіткнення електронів, прискорених сонячним вітром, з молекулами газу у верхніх шарах атмосфери. Колір аврори залежить від того, на якій довжині хвилі, що випромінюється світло: кисень дає зеленувато-жовтий, азот - червоний або синій. А радіохвилі випромінюються ще до цього - коли електрони обертаються навколо ліній магнітного поля планети.

Полярні сяйва помічені також на Юпітері, Сатурні, Урані і Нептуні. Є всі підстави очікувати, що принаймні на деяких экзотелах буде те ж саме, адже кілька разів спостерігалися спалахи, викликані, можливо, взаємодією магнітних полів зірки і планети.

Найяскравішими аврорами у Сонячній системі Юпітер володіє. Правда, спостерігати їх з Землі ми не можемо, тому що там переважає ультрафіолетове сяйво, не здатне пройти через нашу атмосферу. Вперше ми побачили їх завдяки «Вояджеру-1» в 1979 році. Сьогодні нам допомагають космічний телескоп «Хаббл» і рентгенівська орбітальна обсерваторія «Чандра».

Але ще до цього ми знали про полярне сяйво на Юпітері по радіосигналах низької частоти. Саме вони дозволили розрахувати магнітне поле планети задовго до відправки «Вояджера-1» до місця безпосередніх вимірювань.

Радіохвилі володіють тим перевагою, що якщо у планети є магнітне поле, то вона здатна випускати радіосигнали сильніше, ніж зірки, тоді як в оптичній та інфрачервоній частинах спектра (де в основному шукають екзопланети) вона слабша яскравого і гарячого світила. І наше розуміння Юпітера дуже придалося б в інтерпретації радіоданих, отриманих від інших планет, тим більше що більшість з виявлених досі тел нагадує скоріше Юпітер, ніж Землю.

В області низьких частот (в районі декількох десятків мегагерц) радіовипромінювання Юпітера стає настільки ж яскравим, як сонячний, але цього мало: якщо б він знаходився біля іншої зірки, ми б нічого не помітили. Залишається сподіватися на те, що є планети, у яких радіовипромінювання ще сильніше.

Але що і як можна визначити по радіохвилях? Наприклад, частота, з якої вони випромінюються авророю, залежить від напруженості магнітного поля. На щастя, вони виходять у вигляді свого роду конічних променів, які обертаються разом з планетою. Для земного спостерігача це виглядає як пульсація, за якою можна розрахувати період обертання тіла навколо своєї осі.

Сигнал до того ж циркулярно поляризоване, адже електричне поле теж обертається. Тим самим можна відрізнити випромінювання планети від такого зірки: останнє не поляризоване, оскільки виробляється викидом електронів крізь зовнішню атмосферу.

Першу групу, яка займалася пошуком екзопланет по радіохвилях, очолив Вільям Еріксон з Університету штату Меріленд (США). Натхненні успішним виявленням радіосигналів Юпітера дослідники в 1977 році приступили до спостереження за 22 найближчими зірками з допомогою радіообсерваторії Кларк-лейк поблизу Боррего-Спрінгса в Каліфорнії. Чутливість радіотелескопа дозволяла виявити полярні сяйва не менш ніж в тисячу разів сильніше юпитерианских, але нічого не вийшло.

Зараз, 35 років, інтерес до радиозлучению аврор повертається в зв'язку із завершенням будівництва радіотелескопа LOFAR - найбільшого і самого чутливого на частотах нижче 250 МГц. Масив, на створення якого пішло десять років, включає понад 45 тис. невеликих антен. Основна частина встановлена в тихому заповіднику на північному сході Нідерландів, а решта розкидані по Франції, Німеччини, Швеції і Великобританії. Робота почалася в грудні, і до пошуку екзопланет планується приступити в найближчому майбутньому.

Планета, подібна до Юпітера, здатна до потужного радіовипромінювання в двох випадках. По-перше, конфігурація магнітного поля планети, розташованої неподалік від зірки, може сильно постраждати від сонячного вітру. В результаті виникають потоки заряджених частинок, які можуть призвести до полярного сяйва. Моделювання, проведене Філіпом Зарк? з Паризької обсерваторії і Себастьяном Эссом з лабораторії LATMOS (обидва - Франція), показало, що таким чином можна визначити нахил «гарячого Юпітера» відносно площини орбіти, нахил магнітного поля відносно осі обертання, період обертання, орбітальний період і напруженість магнітного поля. Виявити все це іншим способом неможливо.

По-друге, сильний сплеск радіовипромінювання може бути пов'язаний із супутником планети, що характерно для нашого Юпітера. Там аврори виникають у зв'язку з тим, що вулкани Іо кожну секунду викидають у напрямку до планеті тонну іонізованого газу. Джонатан Ніколс з Лестерського університету (Великобританія) розрахував, що на силу радіовипромінювання такого полярного сяйва впливають на швидкість обертання планети, швидкість відтоку іонізованого газу з її супутника і орбітальне відстань, а також ультрафіолетова яскравість зірки. На думку фахівця, подібні сплески на масивних і быстровращающихся планетах можна виявити на відстані до 150 світлових років.

Поки нічого подібного помітити не вдалося, незважаючи на постійні пошуки. Валід Маджид з Лабораторії реактивного руху НАСА та його колеги розглянули півдюжини екзопланет з допомогою радіотелескопу GMRT, розташованого в 80 км на північ від Пуна (Індія). Головну причину невдачі дослідники бачать в нездатності інструменту реєструвати досить низькі частоти. Наприклад, Юпітер випромінює інтенсивні радіохвилі на частоті 40 МГц, а нижня межа можливостей GMRT - 50 МГц. У LOFAR цей показник становить 10 МГц, але атмосфера Землі блокує частоти нижче 10 МГц, тому потрібна космічна антена. Р-н Маджид пропонує поставити її на Місяці.

Чутливість телескопа впливає, звичайно ж, і на здатність спостерігати радіосигнали полярного сяйва. Поліпшити цей показник можна установкою додаткових антен, а також шляхом виявлення і усунення шумів в сигналі, викликаними іншими джерелами радіохвиль. Р-н Маджид впевнений, що радіоастрономія впорається з цим завданням, запустивши не тільки LOFAR, але і телескоп SKA загальною площею близько квадратного кілометра з антенами у Південній Африці та Австралії. І якщо ми через кілька років так нічого і не знайдемо, то, вважає р-н Зарка, це відбудеться через те, що немає сплесків підходящої потужності, а зовсім не через недосконалість устаткування.

Не випадково радіоастрономія низьких частот часом називається передовою наукою майбутнього десятиліття.

Підготовлено за матеріалами NewScientist.