Программа секции «Экзопланетные исследования» ЛКШ-2025

Экзопланеты открывают перед наукой совершенно новый мир — мир планет, формирующихся вокруг других звёзд, с архитектурами, зачастую радикально отличными от Солнечной системы. В этой секции участники изучат, как формируются планетные системы, какое разнообразие экзопланетных систем наблюдается, какие типы экзопланет мы обнаруживаем и чем они отличаются от объектов Солнечной системы. Будут рассмотрены методы обнаружения и изучения экзопланет, вопросы космохимии (как в формирующиеся протопланетные диски попадают различные химические вещества и как это влияет на зарождение планетных систем), а также аспекты астробиологии, связанные с поиском землеподобных планет и потенциальных биосигнатур. Программа включает как теоретическую подготовку, так и практические занятия с использованием современных инструментов анализа данных (с применением Python).

Длительность программы: 20 часов занятий в секции (12 часов лекций + 8 часов практики)

Программа секции: включает теоретическую подготовку и практические занятия, на которых участники научатся анализировать данные о экзопланетах, работать с методами обнаружения и изучения экзопланет, а также применять язык Python для обработки и визуализации данных.

Практика: участники секции будут работать с реальными данными о экзопланетах, анализировать спектры, изучать методы обнаружения экзопланет и применять язык Python для обработки данных. Также они познакомятся с современными инструментами анализа данных, такими как библиотеки NumPy, SciPy и Matplotlib.

В симуляции научной экспедиции в систему TRAPPIST-1 участники секции будут отвечать за выбор целей для проведения экспериментов на каждом из этапов симуляции, за выработку требований к траектории космического корабля, составление циклограмм экспериментов в части, касающейся работы научной аппаратуры, сбор и анализ научных данных, полученных в ходе экспериментов с подходом виртуальной обсерватории.

Что узнают и чему научатся участники

• Как формируются планетные системы и какие факторы определяют их архитектуру.
• Какие типы экзопланет существуют и чем они отличаются от планет Солнечной системы.
• Какие методы используются для обнаружения экзопланет и как интерпретировать полученные данные.
• Как анализировать химический состав протопланетных дисков и как он влияет на зарождение планетных систем.
• Как проводить спектроскопический анализ для изучения атмосфер экзопланет.
• Как искать биосигнатуры на экзопланетах.

Основные темы

1. Формирование и архитектура планетных систем.
2. Методы обнаружения и изучения экзопланет.
3. Критерии землеподобности, поиск биосигнатур и потенциальные условия для жизни за пределами Солнечной системы.

Программа секции:

1. Формирование планетных систем
   Теория: Процессы формирования протопланетных дисков, аккреция планет, влияние магнитного поля и радиационного давления, эволюция системы от протопланетного диска до зрелой планетной системы.
   Практика: Определение возраста протопланетного диска.
2. Разнообразие архитектур экзопланетных систем
   Теория: Классификация экзопланетных систем, архитектурные типы (компактные системы, системы с горячими юпитерами, мультипланетные системы с суперземлями и мини-нептунами), сравнительный анализ с планетами Солнечной системы.
3. Методы обнаружения экзопланет
   Теория: Транзитный метод, метод радиальной скорости, прямое изображение, микролинзирование — принципы, преимущества и ограничения каждого метода, роль космических обсерваторий (Kepler, TESS, CHEOPS).
   Практика: Поиск транзитов в данных с различной скважинностью (участники работают с реальными кривыми яркости, применяя Python-библиотеки, такие как lightkurve и AstroPy, для обнаружения транзитных сигналов в неполных наборах данных).
4. Прямые наблюдения экзопланет
   Теория: Принципы прямого наблюдения экзопланет, роль адаптивной оптики, использование коронографов и интерферометрии для подавления яркости звезды, сравнительный анализ возможностей наземных и космических телескопов (например, VLT, Subaru, HST, JWST), методы обработки изображений для выделения слабых сигналов от экзопланет.
5. Методы изучения атмосфер и климата экзопланет
   Теория: Спектроскопический анализ, фазовые кривые, измерение составов атмосфер, методы инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии, анализ поглощения и эмиссии, как исследования экзопланет помогают понять климат, геологию и возможность жизни на Земле.
   Практика: Анализ спектров пропускания экзопланетных атмосфер.
6. Разнообразие типов экзопланет и их сравнение с планетами Солнечной системы
   Теория: Особенности типов экзопланет, которых нет в Солнечной системе (например, горячие юпитеры, сверхземли, мининептуны), обсуждение гипотез происхождения различий.
7. Обзор космических миссий для открытия и исследования экзопланет
   Теория: Обзор миссий, таких как Kepler, TESS, CHEOPS, PLATO, а также будущих миссий — их цели, методы и основные результаты; роль данных миссий в формировании современной теории экзопланет.
8. Космохимия в формирующихся протопланетные диски
   Теория: Обзор механизмов, посредством которых в протопланетные диски попадают различные химические вещества, влияние пылевых и газовых компонентов на аккрецию, химическую эволюцию диска и формирование планетных систем.
9. Астробиология и поиск биосигнатур на экзопланетах
   Теория: Критерии обитаемости, биосигнатуры в атмосферах экзопланет, аналогии с экстремофилами на Земле, методы поиска признаков жизни в данных спектроскопии.
10. Краткий курс языка Python и его применение для научных целей
    Теория: Основы Python, ключевые библиотеки для научного анализа данных (NumPy, SciPy, Pandas, Matplotlib, AstroPy), принципы обработки и визуализации данных.
    Практика: Обработка реальных данных экзопланетных исследований, построение графиков, анализ спектральных данных.