«Хаббл» обнаружил стратосферу у экзопланеты

Космос NASA Хаббл

Учёные обнаружили убедительное доказательство наличия стратосферы на планете за пределами нашей Солнечной системы. Стратосфера — это слой атмосферы, в котором температура возрастает с увеличением высоты.

«Этот результат интерес тем, что показывает, что общая черта большинства атмосфер в Солнечной системе — тёплая стратосфера — может быть найдена в атмосфере экзопланет. Теперь мы можем сопоставить процессы в атмосфере экзопланет аналогичным процессам, которые происходят при различных условиях в нашей Солнечной системе», — заявил Марк Марли, соавтор исследования, основанном на работе Исследовательского центра Эймса NASA в Калифорнии.

Как сообщает журнал Nature, учёные использовали данные космического телескопа «Хаббл» для изучения WASP-121b — типа экзопланет, известного как «горячие юпитеры». Масса экзопланеты в 1,2 раза больше, чем у Юпитера, а её радиус — примерно в 1,9 раза. Но в то время как Юпитер совершает один оборот вокруг Солнца каждые 12 лет, орбитальный период у WASP-121b всего 1,3 дня. Эта экзопланета находится так близко к своей звезде, что если бы располагалась ещё ближе, то гравитация звезды начинала бы разрывать её на части. Кроме того, верхняя часть атмосферы экзопланеты раскаляется до температуры 4600 °F [две с половиной тысячи градусов по Цельсию]. WASP-121b расположена примерно в 900 световых годах от Земли — достаточно долгий путь, но близкий по галактическим стандартам.

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

По клику концепт экзопланеты WASP-121b откроется в новом окне в максимальном разрешении

В ходе предыдущих исследований удалось обнаружить возможные признаки стратосферы на экзопланете WASP-33b, а также некоторых других горячих юпитерах. Новое исследование представляет собой лучшее доказательство благодаря сигнатуре горячей воды, которую учёные наблюдали впервые.

Для изучения стратосферы WASP-121b учёные проанализировали, как различные молекулы в атмосфере реагируют на те или иные длины волн света, используя возможности «Хаббла» для спектроскопии. Водяной пар в атмосфере планеты ведёт себя предсказуемым образом в ответ на определенные длины волн света, в зависимости от температуры воды.

Звёздный свет способен проникать в глубь атмосферы планеты и увеличивать температуру газа, который затем излучает тепло в космос в виде инфракрасного излучения. Однако, если в верхних слоях атмосферы имеется более прохладный водяной пар, молекулы воды будут препятствовать тому, чтобы определённые длины волн этого света выходили в космос. Но если молекулы воды в верхней части атмосферы имеют более высокую температуру, они будут светиться на тех же длинах волн.

Анимация экзопланеты WASP-121b

Этот феномен аналогичен тому, что происходит с фейерверками, которые получают свои цвета от химических веществ, излучающих свет. Когда металлические вещества нагреваются и испаряются, их электроны переходят в более высокие энергетические состояния. В зависимости от материала, эти электроны будут излучать свет на определённых длинах волн, поскольку они теряют энергию: натрий производит оранжево-жёлтый цвет, а стронций — красный. Молекулы воды в атмосфере WASP-121b аналогичным образом выделяют излучение, когда они теряют энергию, но в виде инфракрасного света, невидимого человеческому глазу.

© NASA, ESA, and G. Bacon (STSci)

По клику концепт экзопланеты WASP-121b откроется в новом окне в максимальном разрешении

В стратосфере Земли озоновый слой абсорбирует ультрафиолетовое излучение от Солнца, которое повышает температуру этого слоя атмосферы. И у других небесных тел в Солнечной системе есть стратосфера; метан отвечает за нагревание стратосфер Юпитера и Титана.

В планетах Солнечной системы изменения температуры в стратосфере обычно составляет около 100°F [около 56 градусов по Цельсию]. На WASP-121b температура в стратосфере повышается на 560°C [одна тысяча градусов по Фаренгейту]. Учёные пока не знают, какие именно химические вещества вызывают повышение температуры в атмосфере этой экзопланеты. Оксид ванадия и оксид титана являются возможными кандидатами, так как их часто наблюдают в коричневых карликах, «неудавшихся звёздах», которые имеют некоторые сходства с экзопланетами. Ожидается, что такие соединения будут присутствовать только на самых раскаленных горячих юпитерах, так как высокие температуры необходимы для поддержания их в газообразном состоянии.