Астрономы предложили оригинальный метод обнаружения атмосфер экзопланет по радугам и солнечным бликам. Этот подход описан в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и рассчитан на будущее — запуск NASA Habitable Worlds Observatory (HWO), который планируют начать в 2040-х годах. У телескопа ожидаются зеркало диаметром не менее шести метров и поляриметр на борту. По словам авторов, HWO сможет фиксировать оптические эффекты вроде преломления света в каплях дождя, отражения солнца от водной поверхности и рэлеевского рассеяния, которые придают небу голубой оттенок, что косвенно свидетельствует об атмосфере планеты.

Ключ к методике — смена фаз экзопланеты во время её движения вокруг звезды, аналогично фазам Луны при облёте Земли. Прямого изображения радужной дуги от экзопланеты не получится: планета останется точкой. Но когда она оказывается в фазе серпа — примерно между звездой и телескопом — солнечный блик от водной глади может дать маленький, но заметный всплеск яркости. Такая вспышка считается маркером наличия атмосферы, поскольку жидкость не может существовать без неё.

Авторы приводят пример зонда Cassini, который ранее увидел блеск Солнца в метановых озёрах Титана; этот пример служит аналогией того, что ожидается от бликов на экзопланетах при помощи HWO.

С ситуацией с радугой всё сложнее: свет, проходя через дождевые капли, разлагается на цвета и поляризуется; волны выстраиваются в определённую плоскость. Поляриметр HWO будет пропускать свет с заданной ориентацией и зафиксирует характерный поляризационный всплеск именно в нужной фазе. По изменению поляризации можно определить размер капель, а по вариациям — состав жидкости в атмосфере и облаках планеты; это позволит удалённо исследовать облака и дождь на расстоянии сотен триллионов километров.

Ещё один эффект — рэлеевское рассеяние — действует как естественный поляризационный фильтр в атмосфере планеты: молекулы газов рассеивают свет звезды, и наибольшая поляризация наблюдается под углом около 90 градусов к направлению на звезду.

Смоделированные авторами симуляции, основанные на реальных звёздах, которые HWO будет изучать, показывают: поляризационные сигналы радуг и бликов заметны у значительной доли близких каменистых экзопланет, а признаки рэлеевского рассеяния — у большинства сценариев. При этом должны существовать атмосферы у этих планет. Основная задача миссии — впервые найти обитаемые или потенциально обитаемые экзопланеты у звёзд типа Солнца.