Атомосферы экзопланет

Астрономы обнаружили атмосферу у экзопланеты, находящейся в созвездии Парусов. На данный момент это самая похожа на Землю экзопланета, для которой удалось подтвердить наличие атмосферы.

Впервые обнаружить атмосферу у планеты, находящейся за пределами Солнечной системы, удалось в 2001 году. Ее нашли у планеты HD 209458 b, известной также под неофициальным названием Осирис. Она находится в созвездии Пегаса на расстоянии 153 световых лет от Солнца. По своему типу Осирис – это «горячий юпитер», то есть газовая планета с массой близкой к массе Юпитера, но находящаяся гораздо ближе к своей звезде, чем Юпитер к Солнцу. У Осириса радиус составляет около 100 000 км (1,35 радиусов Юпитера), масса – 1,3·1024 тонн (0,69 массы Юпитера), а расстояние до звезды всего 0,047 астрономической единицы (значительно меньше, чем от Солнца до Меркурия). Год на ней длится три с половиной земных дня, а температура достигает тысячи градусов Цельсия.

Открытие атмосферы стало возможным благодаря тому, что HD 209458 b стала первой планетов, для которой был получен собственный спектр излучения, выделенный из излучения ее звезды. В этом спектре стали были обнаружены линии поглощения натрия. При дальнейших исследованиях были сделаны предположения о протяженности, структуре и температуре ее атмосферы. Атмосфера начинается на расстоянии в 3,1 радиуса Юпитера от центра планеты. В ее составе найдены водород, кислород, углерод, диоксид углерода и метан, а также водяной пар. Температура атмосферы достигает 10 тысяч кельвинов. Весьма вероятно, что планета из-за сильного разогрева верхних слоев атмосферы излучением звезды, постоянно теряет атмосферные газы, поскольку атомы водорода разгоняются до второй космической скорости. Именно с этим связан выбор для планеты названия Осирис, так как этот египетский бог был однажды разрублен на части богом Сетом. Планета Осирис, по оценкам, теряет от ста до восьмисот миллионов килограммов водорода в секунду. За примерно пять миллиардов лет существования планета могла потерять до 7% своей массы, но, есть вероятность, что потерю водорода может сдерживать магнитосфера Осириса. Возможно, атмосфера Осириса является типичной для планет, вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце, на расстоянии менее 0,1 астрономической единицы.

Вскоре водяной пар, монооксид и диоксид водорода и метан нашли в атмосфере еще одного горячего юпитера – HD 189733 b. В 2013 году следы воды нашли в атмосферах нескольких планет: HD 209458 b, XO-1b, WASP-12b, WASP-17b и WASP-19b. Подавляющее большинство экзопланет, на которых удалось подтвердить наличие атмосферы, составляют горячие юпитеры и горячие нептуны. О присутствии и составе этих атмосфер можно судить по наблюдениям двух типов. Во-первых, по преломлению света звезды в атмосфере, когда экзопланета проходит перед диском звезды. Во-вторых, по непосредственному спектру излучения планеты, который получают при сравнении спектров материнской звезды вместе с планетой и тех, что получены, когда планета скрывается за звездой.

В феврале 2016 года астрономы сообщили об определении состава атмосферы у планеты 55 Рака e (Янсен). Ее относят к классу суперземель – планет, масса которых больше, чем у нашей планеты, но не дотягивает до параметров газовых гигантов. Для Янсена этот показатель равен 8,63 ± 0,35 массам Земли. Состав атмосферы планеты удалось обнаружить по изменению спектра ее родительской звезды – 55 Рака – во время так называемых транзитов, то есть моментов, когда с точки зрения земного наблюдателя планета проходит перед диском звезды. Во время такого прохождения часть света звезды проходит через планетарную атмосферу, при этом определенные длины волн поглощаются газами атмосферы, что позволяет определить ее химический состав. Наблюдения производились широкоугольной камерой космического телескопа Хаббл. В атмосфере планеты Янсен, как выяснилось, содержатся водород, гелий и циановодород.

В декабре прошлого года ученым впервые удалось определить погодные условия в атмосфере одной из экзопланет. Они использовали данные о планете HAT-P-7 b, в созвездии Лебедя, собранные космическим телескопом «Кеплер» в течение четырех лет. HAT-P-7 b относится к горячим юпитерам. Ее масса составляет 1,776 масс Юпитера (в 16 раз больше Земли), а диаметр – 1,363 диаметра Юпитера. От Земли эту планету отделяет 1044 световых года. HAT-P-7 b относится к классу «горячих Юпитеров». Она вращается вокруг своей звезды с периодом 2,2 суток. Определив изменение в количестве света, отраженного атмосферой HAT-P-7 b, ученые отметили сильные изменения в положении самой яркой ее области. Это, по их мнению, свидетельствует об очень сильных ветрах, которые влияют на облака в атмосфере. «Сильные ветры дуют вокруг планеты, перемещая облака с ночной стороны на дневную, – говорит один из авторов работы Дэвид Армстронг (David Armstrong). – Скорость ветра изменяется настолько резко, что приводит к появлению огромных облачных образований, которые растут, а затем исчезают».

Нынешнее исследование было посвящено планете GJ 1132b (Gliese 1132 b), вращающейся вокруг одной из звезд созвездия Парусов. Наблюдали ее сотрудники Кильского университета, Института астрономии Общества Макса Планка и Римского университета Тор Вергата при помощи 2,2-метрового телескопа Европейской Южной обсерватории в Ла-Силья (Чили).

Планета вращается вокруг красного карлика Gliese 1132 на расстоянии 39 световых лет от нас. Объявлено об ее открытии было в мае 2015 года, официальное подтверждение последовало в ноябре того же года. Масса ее составляет 1,6 масс Земли, радиус – 1,2 радиуса Земли. Расстояние до звезды составляет около 225 миллиона километров (от Земли до Солнца 149 600 000), период обращения – 1,6 дня. Планета получает от своей звезды в 19 раз больше излучения, чем Земля от Солнца, поэтому температура на ней выше, чем на Венере, возможно у поверхности она превышает 500°C.

Наблюдения велись на протяжении девяти транзитов планеты GJ 1132b в семи различных диапазонах: двух в инфракрасной и семи в видимой частях спектра. Для каждого диапазона оценивался видимый в нем размер планеты. В результате исследователи обнаружили, что в одном из инфракрасных диапазонов ее диаметр заметно превышает данные по остальным диапазоном. Это позволяет заключить, что вокруг планеты находится газовая оболочка, непрозрачная для световых волн данной длины и прозрачная для все остальных. Дальнейшее моделирование, проведенное в Кембриджском университете и Институте астрономии Общества Макса Планка, показало, что подобные эффекты хорошо объясняются наличием в атмосфере водяных паров и метана.

Ранее считалось, что атмосферы у планет, вращающихся вокруг красных карликов, не могут существовать долго, так как эти звезды слишком активны и их вспышки неминуемо приведу к уничтожению этих атмосфер. Новые результаты вселяют некоторый оптимизм, так как атмосфера GJ 1132b существует, по-видимому, миллиарды лет. Так как красные карлики весьма распространены во Вселенной, наличие атмосфер у их звезд повышает шансы существования условий для внеземной жизни.

Работу ученых опубликовал Astronomical Journal

Источник: polit.ru