Научные результаты:
Основной результат - создание новой лаборатории мирового уровня, направленной на исследование образования и эволюции атмосфер для планет земного типа, орбиты которых находятся в зонах потенциальной обитаемости родительских звезд, и исследовательского центра по экзопланетам.
Выполнены комплексные исследования образования и эволюции атмосфер планет (в том числе земного типа, орбиты которых находятся в зонах потенциальной обитаемости родительских звезд), при сочетании теоретических подходов к исследованиям процессов образования и эволюции планетных атмосфер в системах звезд с планетами с систематическими наблюдениями в разных диапазонах длин волн, включая высокоточные фотометрические космические наблюдения.
Решены многочисленные задачи по изучению проявлений активности родительской звезды (включая звезды, обладающие планетными системами), исследованию взаимодействия первичной и/или вторичной атмосферы экзопланеты земного типа с излучением звезды, получению оценок потери атмосфер экзопланет в условиях экстремальной звездной активности, изучению возможности использования некоторых процессов в атмосферах экзопланет для обнаружения и исследования экзопланетных систем.
Изучены проявления активности звезд с планетными системами в молодых скоплениях и ассоциациях, выполнено сопоставление величин параметров, характеризующих площадь пятен с эффективной температурой и с периодами вращения объектов. Выполнены исследования активности звезд с планетными системами по наблюдениям космической миссии TESS. Изучены проявления активности звезды системы TOI 837 спектрального класса G0/F9 в скоплении IC 2602 с возрастом около 35 миллионов лет. Представлены результаты изучения проявлений пятенной активности 11 К-карликов с установленными планетами в зоне обитаемости по данным архива космического телескопа Кеплер. Представлены результаты исследования проявлений активности карлика спектрального класса K7 Gl 414A с двумя планетами. Представлены результаты анализа проявлений активности звезды WASP-193 спектрального класса F9 с планетой типа супер-нептун.
Разработан комплекс кинетических Монте-Карло моделей, который позволил впервые детально рассчитать кинетику процессов образования, переноса и релаксации в столкновениях тепловых и надтепловых атомов в возбужденных состояниях в верхних атмосферах горячих экзопланет. Для исследования темпа потери атмосферы горячего нептуна GJ 436 b проведены расчеты с использованием ранее разработанной самосогласованной 1D-модели водородно-гелиевой атмосферы, в которой учитывается кинетика и нагрев газа надтепловыми электронами.
В подавляющем большинстве проводимых ранее исследований эволюции атмосфер горячих суб-нептунов внимание уделялось лишь тепловым процессам потери атмосферы. Нетепловые процессы потери атмосферы обычно не включаются в аэрономические модели, но предыдущие исследования нетепловых потерь атмосфер горячих суб- нептунов GJ 436b, GJ 3470b; Pi Men c, проведенные сотрудниками лаборатории, показали, что нетепловые потери атмосферы за счет экзотермической фотохимии могут быть сравнимы со скоростями тепловых потерь в условиях спокойной родительской звезды и эти процессы должны быть включены в аэрономические модели верхних атмосфер суб-нептунов. Важным шагом в создании аэрономической модели является необходимость учесть нетепловые потери за счет воздействия плазмы звездного ветра на протяженную верхнюю атмосферу горячей экзопланеты. Планетная атмосфера расширяется за счет нагрева жестким УФ излучением родительской звезды, она взаимодействует со звездным ветром, который формирует геометрию газовой оболочки горячей планеты и структуру атмосферы. Эти различные структуры могут быть обнаружены в линии Ly-alpha, поскольку они содержат значительную часть нейтрального водорода. Выполнено расширение кинетической модели аэрономии верхней атмосферы экзопланеты за счет включения процессов воздействия плазмы звездного ветра на протяженную водородную корону горячего суб-нептуна. Для этого были использованы разработанные ранее кинетические модели Монте-Карло для исследования высыпания протонов и атомов водорода с высокими энергиями в планетные атмосферы. Кинетическая модель была адаптирована к верхним атмосферам горячих суб-нептунов, что позволило провести расчеты скорости поглощения энергии плазмы звездного ветра в планетной короне и уточнить оценки скорости нетепловой потери атмосферы за счет воздействия звездного ветра родительской звезды.
Данный подход к исследованию эволюции атмосфер горячих экзопланет является составным звеном комплекса разработанных в рамках задач лаборатории аэрономических и кинетических моделей, предназначенных для оценки темпа потери атмосферы за счет тепловых и нетепловых процессов для горячих планет переходного класса — суб-нептунов и супер-земель.
Продолжено проведение расчетов с помощью самосогласованной 3D многожидкостной гидродинамической модели для исследования аэрономии расширяющейся водородно-гелиевой верхней атмосферы, подверженной воздействию звездного ветра. Выполнено сравнение модельных результатов расчетов темпа потери атмосферы с оценками, полученными из наблюдений при помощи наземных и космических телескопов.
Проводилась адаптация трехмерных газодинамических и МГД-кодов для применения их при моделировании оболочек менее массивных планет - суб-нептунов и супер-земель. Аппроксимационная модель, использовавшаяся ранее для расчетов темпов потери массы модельного горячего суб-нептуна, была также применена для оценки изменения темпа потери массы атмосферы мини-нептуном HD 207496b в приближении гипотезы газовой планеты и получено согласие с результатами расчетов других авторов.
Внедрение результатов исследования:
Выработка рекомендаций для научной программы наблюдений атмосфер экзопланет для космического телескопа “Спектр-УФ”: предложено обратить внимание на многопланетные системы, являющиеся идеальными лабораториями для экзопланетологии, поскольку они предоставляют уникальную возможность сравнения экзопланет, которые сформировались в одном и том же протопланетном диске и освещаются одной и той же звездой.
В качестве примера выполнены исследования активности объекта L 98-59, расположенного на расстоянии 10.6 пк от нас и обладающего мультипланетной системой (одна из планет L 98-59 b является каменистой планетой с массой, не превосходящей массу Венеры). Наблюдения за потенциальными экзо-венерами могут помочь подтвердить гипотезы о прошлом Венеры, а также о частоте встречаемости планет, подобных Венере, в других системах. Кроме того, данные будущих миссий на Венеру, таких как DAVINCI, EnVision и VERITAS, предоставят ценную информацию о Венере, а изучение экзовенер с космическим телескопом “Спектр-УФ” будет дополнять данные этих миссий.
Организационные и инфраструктурные преобразования:
Работы по созданию Оптоволоконного спектрографа высокого разрешения для 1-м телескопа Симеизской обсерватории ИНАСАН.
Образование и переподготовка кадров:
Проведение ежегодных Международных школ “Исследования экзопланет” для молодых ученых и студентов и Всероссийских конференций – «Исследования звезд с экзопланетами».
Новые образовательные программы, разработанные и реализуемые членами научного коллектива лаборатории по заявленному направлению научного исследования:
Программа «Введение в экзопланеты», автор В.И.Шематович, программа магистратуры, Кафедра космической физики МФТИ (ГУ)
Программа «Геофизика и физика планет», автор В.И.Шематович, программа специалитета, Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова
Под руководством ведущего ученого и ключевых сотрудников лаборатории сотрудниками-студентами были получены 2 диплома бакалавра, 1 диплом магистра, 1 диплом специалиста.
По теме проекта защищены 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
Сотрудничество:
- Институт космических исследований РАН
- Институт лазерной физики СО РАН
- Новосибирский Государственный Технический Университет (совместные исследования)
- Специальная Астрофизическая Обсерватория РАН (создание и внедрение Оптоволоконного спектрографа высокого разрешения)
- Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
