"Хаббл" обнаружил раскалённую экзопланету, чья атмосфера может вскипятить металл

Астрономы сделали открытие благодаря наблюдению за молекулами воды в атмосфере экзопланеты WASP-121b.

Иллюстрация Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter.

Экзопланета совершает полный оборот вокруг своей родительской звезды каждые 1,3 земных дня.

Иллюстрация NASA, ESA, G. Bacon (STSci).

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. Все 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 быть также присутствовать в атмосфере экзопланет", — говорит один из авторов исследования Марк Марлей (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.

Экзопланета совершает полный оборот вокруг своей родительской звезды каждые 1,3 земных дня.
Экзопланета совершает полный оборот вокруг своей родительской звезды каждые 1,3 земных дня.
Иллюстрация NASA, ESA, G. Bacon (STSci).

С целью изучения стратосферы газового гиганта – слоя атмосферы, где температуры 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 в различных длинах волн демонстрирует разные характеристики света в зависимости от температуры воды.

Звёздный свет способен проникать вглубь атмосферы планеты, где он способствует возрастанию температуры газа. Затем газ излучает тепло в космос в виде инфракрасного света. Однако, если в верхней части атмосферы присутствует более прохладный водяной пар, молекулы воды будут препятствовать тому, чтобы свет некоторых длин волн выходил 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 то, что происходит с фейерверком, который получает свои цвета от тех или иных химических веществ, излучающих свет. 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 похожим образом выделяют излучение, 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.