Нещодавно астрофізики запропонували новий оригінальний метод виявлення екзопланет - їх слід шукати з полярних сяйв! Справа в тому, що вони генерують не тільки електромагнітні хвилі видимого діапазону, але також і радіохвилі, які досить легко зловити, оскільки вони чудово поширюються і несуть інформацію про породили їх процесах.

Кількість екзопланет зростає кожен день - удосконалюються методи, за допомогою яких фахівці знаходять екзопланети і сімейства екзопланет, що обертаються навколо своїх світил. Звичайно, в їх типізації спочатку домінували "юпітери" - холодні і гарячі залежно від їх поверхневої температури, тому що великі об'єкти легше виявити, ніж набагато менші, подібні до планет земної групи. Вражаюча підказка була закладена в самій типізації адже у Юпітера, планети-гіганта Сонячної системи, сформована гігантська магнітосфера дипольної структури, і в цій магнітосфері вирують магнітні бурі і генеруються полярні сяйва, незрівнянно більш інтенсивні, ніж на Землі.

Авроральные прояви викликані потоками сонячного вітру, що передає енергію в магнітосферу, і тоді в авроральних овалах на Землі навколо магнітних полюсів на іоносферному рівні спалахує феєрична картина полярних сяйв, завжди неповторна, чарівна і просто казково нереальна. На Землі ці сяйва видно полярними ночами, які тривають до півроку у високих широтах. В полярний день їх не видно в яскравому світлі Сонця, а супутники, що досліджують авроральные висипання, фіксують їх у всій повноті.

Вивчаючи фізику магнітосфери, концепцію аврорального овалу незалежно один від одного і практично одночасно сформулювали чудові російські вчені Я.І. Фельдштейн (ІЗМІРАН) і О.В. Хорошева (НДІЯФ МДУ). Термін "авроральный овал" тепер широко використовується у фізиці магнітосфери. По суті, це було останнім великим географічним відкриттям, зробленим за наземними спостереженнями - тільки трансполярные супутники Землі сфотографували німб полярних сяйв у вигляді замкнутого кільця над полюсом під час полярної ночі при підвищеній магнітосферній возмущенности. Концепція остаточно утвердилась і стала загальноприйнятою.

Віддавши належне нашим вчителям і попередникам, повернемося на передній край дослідження екзопланет - вже практично сформульована робоча гіпотеза їх пошуку за спостереженнями полярних сяйв в атмосфері! Ця гіпотеза так проста і витончена, що напевно стане в найближчому майбутньому відкриттю безлічі екзопланет, принаймні, в це дуже хочеться вірити.

Отже, новітня ідея відкриття планет біля інших зірок - за їх полярних сяйв. Уявімо собі небо екзопланети - холодного "юпітера", з сімейством супутників, кружляючих навколо нього в магнітосфері, возмущаемой солнцеподобной зіркою, извергающей вспышечные потоки в сильному зоряному вітрі. Сяючі навколо полюсів, біжать і коливні смуги світла розцвічують экзопланетное небо!

Так повинно бути, але поки ми тільки описуємо уявну картину. Для того щоб підтвердити це, треба забезпечити реєстрацію, провести спостереження реальних параметрів протікають авроральних подій! Як же досягти цього? Світловий сигнал сяйв все-таки дуже слабкий, він і не видно навіть в освітленій півкулі Землі в полярний день, а у віддаленому космосі світловий сигнал аврори завідомо невиразний. Але полярні сяйва генерують не тільки електромагнітні хвилі видимого діапазону, але також і радіохвилі! Це явище інтригує дослідників: радіохвилі чудово поширюються і несуть інформацію про породили їх процесах.

Якщо спочатку використовувані методи виявлення екзопланет давали відомості про маси планет і орбітальних параметрів, то радіовипромінювання здатне дати відомості, ніяк не відображені в попередніх методах. По-перше, просто виявити невидимі екзопланети. По-друге, по радіосигналах виявити тривалість доби, оцінити магнитосферные параметри, власне магнітне поле екзопланети, оцінити вплив зірки на її магнітосферу, іноді навіть виявити наявність супутників у планети!

Саме так було вперше зареєстровано полярне сяйво на Юпітері - за радіовипромінювання. Значить, справа тільки в удосконаленні методів і точності прийому радіосигналів малої потужності з глибин космосу.

Колірні варіації аврори залежать від того, яка довжина електромагнітної хвилі генерується: кисень випускає квант в області зеленувато-жовтої смуги, азот - в смузі червоною або синьою. А радіохвилі випромінюються ще в прелюдії - при обертанні електронів навколо силових ліній магнітного поля екзопланети.

Полярні сяйва спостерігалися на Юпітері, Сатурні, Урані і Нептуні. При такому критичному згодою проявів в Сонячній системі - чому ж не очікувати подібного в родинах екзопланет у зірок, подібних до нашого світила? Швидше за все, там все можна повторити. Схоже, що в деяких випадках вже кілька разів спостерігалися спалахи, які могли бути викликані аналогічними причинами.

Юпітер - яскравий джерело полярних сяйв в Сонячній системі. Однак вони генеруються переважно в ультрафіолеті, який поглинається в атмосфері Землі, і тому його не видно. Вперше вони були зафіксовані "Вояджером-1" у 1979 році. Сьогодні їх реєструє космічний телескоп "Хаббл" і рентгенівська орбітальна обсерваторія "Чандра".

Вчені-планетологи змогли розрахувати магнітне поле планети Юпітера задовго до відправки "Вояджера-1" до місця безпосередніх вимірювань - по радіосигналах низької частоти. Глибоке розуміння фізики Юпітера дуже важливо при вивченні радіоданих, що виходять від інших планет, тим більше що більшість екзопланет нагадує скоріше Юпітер, ніж крихітну в порівнянні з них Землю.

Радіохвилі володіють тим перевагою, що якщо у планети є магнітне поле, то вона здатна випускати радіосигнали сильніше, ніж зірки. Є надія на те, що є планети з дуже вираженим і сильним власним радіовипромінюванням. Зовсім навпаки в оптичній та інфрачервоній частинах спектра (де в основному шукають екзопланети) - там екзопланети світяться набагато слабкіше сяючого гарячого світила.

За походить від екзопланети радіохвилям можна визначити частоту, з якою вони випромінюються авророю, а це залежить від напруженості магнітного поля. Радіохвилі виходять у вигляді конічного пучка променів, що обертається разом з планетою. Для земного спостерігача - це сигнал пульсації, за якою можна визначити період обертання тіла навколо своєї осі. Кругова поляризація сигналу допоможе відрізнити випромінювання планети від випромінювання зірки: у зірки воно, швидше за все, не поляризоване.

Першу групу, яка зробила пошук екзопланет за радіовипромінювання, очолив Вільям Еріксон з Університету штату Меріленд (США). Успішно виявивши радіосигнали Юпітера, дослідники в 1977 році приступили до спостереження за 22 найближчими зоряними об'єктами в радіообсерваторії Кларк-лейк поблизу Боррего-Спрінгса в Каліфорнії. Чутливість їх радіотелескопа дозволяла виявити полярні сяйва, не менш ніж в тисячу разів сильніше юпитерианских, але таких виявлено не було.

Тридцять п'ять років потому, в даний час завершується будівництво радіотелескопа LOFAR, найбільшого і самого чутливого на частотах нижче 250МГц. Масив, на створення якого пішло десять років, включає понад 45 тисяч 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. Намічається цікавий етап у вирішенні не завершеною раніше завдання.

Розглянемо шляхи вирішення проблеми. Екзопланета типу "юпітер" може генерувати потужне радіовипромінювання в двох випадках. По-перше, конфігурація магнітного поля планети, розташованої неподалік від зірки, може піддаватися сильному впливу зоряного вітру... Виникають потоки заряджених частинок генерують полярні сяйва. Моделювання, проведене колегами Філіпом Зарк? з Паризької обсерваторії і Себастьяном Эссом з лабораторії LATMOS (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 - просто неможливо.

Характерно, що сильний сплеск радіовипромінювання може бути пов'язаний із супутником планети, це виявлено і для нашого Юпітера: сяйва виникають у зв'язку з тим, що вулкани Іо викидають в напрямку до Юпітера тонну іонізованого газу щомиті! Джонатан Ніколс з Лестерського університету (Великобританія) провів розрахунки, в результаті чого виявилося наступне. На силу радіовипромінювання стимульованого полярного сяйва впливають і швидкість обертання планети, і швидкість відтоку іонізованого газу з її супутника, і орбітальне відстань і ультрафіолетова яскравість зірки. Як вважає автор, подібні сплески на масивних і быстровращающихся планетах можна виявити на відстані до 150 світлових років. Поки підтверджень помітити не вдалося, незважаючи на постійні пошуки.

Валід Маджид з Лабораторії реактивного руху NASA і його колеги досліджували екзопланети з допомогою радіотелескопу GMRT, розташованого в 80 кілометрах 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. Значить, потрібно виходити з вимірюваннями в космос, і тільки космічна антена забезпечить вимірювання в потрібному діапазоні.

Валід Маджид пропонує встановити антену на Місяці. Чутливість телескопа можна поліпшити установкою додаткових антен, а також шляхом виявлення і усунення шумів в сигналі, викликаних іншими джерелами радіохвиль. Валід Маджид впевнений, що радіоастрономія впорається з цим завданням, обладнавши не тільки LOFAR, але і телескоп SKA загальною площею близько квадратного кілометра з антенами у Південній Африці та Австралії.

І якщо все-таки через кілька років так нічого і не буде виявлено, то, вважає опонент Зарка, це відбудеться через те, що реально немає сплесків підходящої потужності на экзопланетах, а зовсім не через недосконалість устаткування. Прогрес і важливість досліджень у діапазоні низьких частот визначає радиоастрономию як передову науку майбутнього десятиліття.