"Хаббл" обнаружил раскалённую экзопланету, атмосфера которой может вскипятить металл
Международная команда исследователей под руководством учёных из Эксетерского университета обнаружила веские доказательства наличия стратосферы у огромной планеты за пределами Солнечной системы. Отмечается, что атмосфера этой планеты настолько горячая, что способна даже вскипятить металл.
Астрономы сделали открытие благодаря наблюдению за излучением, исходящим от молекул воды в атмосфере экзопланеты WASP-121b. Данные для анализа были собраны при помощи телескопа НАСА "Хаббл".
"Результат работы весьма любопытен, поскольку показывает, что общая черта большинства атмосфер в Солнечной системе – тёплая стратосфера – может также присутствовать в атмосфере экзопланет", — говорит один из авторов исследования Марк Марли (Mark Marley) из Исследовательского центра Эймса.
По его словам, теперь учёные могут сравнивать процессы, происходящие в атмосфере экзопланет, с теми, которые наблюдаются в разных условиях в Солнечной системе.
Учёные изучали планету WASP-121b, расположенную на расстоянии примерно 900 световых лет от Земли. Её относят к газовым гигантам. Такие миры, как правило, называют ещё "горячими юпитерами". Тем не менее масса и радиус WASP-121b чуть больше, чем у Юпитера.
Экзопланета совершает полный оборот вокруг своей родительской звезды каждые 1,3 земных дня. Такая близость к светилу приводит к тому, что верхняя часть атмосферы планеты нагревается до немыслимых 2500 градусов Цельсия – температуры, при которой железо находится в газовой, а не твёрдой форме.
С целью изучения стратосферы газового гиганта – слоя атмосферы, где температура возрастает с увеличением высоты – учёные использовали спектроскопию. Анализ того, как яркость приходящего света изменяется на различных длинах волн.
Например, водяной пар в атмосфере планеты при наблюдениях на различных длинах волн демонстрирует разные характеристики излучения в зависимости от своей температуры.
Звёздный свет способен проникать вглубь атмосферы планеты, где он способствует возрастанию температуры газа. Затем газ излучает тепло в космос в виде инфракрасного излучения. Однако, если в верхней части атмосферы присутствует более прохладный водяной пар, молекулы воды будут препятствовать тому, чтобы излучение на некоторых длинах волн выходило в космос. Но если молекулы воды в верхней части атмосферы имеют более высокую температуру, они будут "светиться" на тех же длинах волн.
Этот феномен похож на тот, что определяет цвета фейерверка: каждое химическое вещество светится тем или иным цветом (= испускает излучение разных длин волн). Когда металлы нагреваются и испаряются, то их электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Позднее этот процесс приводит к генерации света определённых длин волн (а значит, определённого цвета). Например, натрий генерирует таким образом оранжево-жёлтый свет, а стронций – красный.
Молекулы воды в атмосфере WASP-121b выделяют излучение похожим образом, но в виде инфракрасного света, который человеческий глаз увидеть не в состоянии.
В стратосфере Земли озон ловит ультрафиолетовое излучение, "подаренное" нам Солнцем. Это излучение повышает температуру этого слоя атмосферы. У планет Солнечной системы изменение температуры в стратосфере обычно составляет около 56 градусов по Цельсию. Однако на WASP-121b температура в стратосфере повышается на 560 градусов по Цельсию.
Один из авторов работы и научный сотрудник Эксетерского университета Николай Николов (Nikolay Nikolov) говорит: "Мы выявили мощный рост температуры в атмосфере WASP-121b на больших высотах. Но мы до сих пор не знаем, что послужило причиной такого нагревания". Астрономы надеются решить эту загадку при помощи последующих наблюдений.
Оксид ванадия и оксид титана пока являются основными кандидатами в тепловые источники, так как они интенсивно поглощают звёздный свет в видимых длинах волн. Эти вещества, как предполагается, должны присутствовать только на самых раскалённых горячих юпитерах (на том же WASP-121b, например), так как высокие температуры необходимы для поддержания их в газообразном состоянии.
Результаты исследования опубликованы в научном издании Nature.
К слову, ранее астрономы обнаружили "тёплый нептун" с неожиданно примитивной атмосферой. И совсем недавно впервые была обнаружена атмосфера у землеподобной экзопланеты.