Получено доказательство существования стратосферы у экзопланеты WASP-121b

Получено доказательство существования стратосферы у экзопланеты WASP-121b

Ученые обнаружили доказательства наличия стратосферы на планете за пределами Солнечной системы, то есть слоя атмосферы, в котором температура возрастает с большими высотами.

«Результат интересен, поскольку показывает, что общая черта большинства атмосфер в Солнечной системе – теплая стратосфера – может быть найдена в атмосфере экзопланет. Теперь мы можем сравнивать процессы в атмосфере экзопланет с теми, которые происходят в разных условиях в Солнечной системе», – рассказывает Марк Марли, соавтор исследования, основанном на работе Исследовательского центра Эймса NASA.

Как сообщает журнал Nature, ученые использовали данные космического телескопа «Hubble» для изучения горячего юпитера WASP-121b с орбитальным периодом 1,3 земных дня, расположенного в 900 световых годах от Земли. Его масса в 1,2 раза больше, чем у Юпитера, а радиус – примерно в 1,9 раза. Верхняя часть атмосферы планеты раскаляется до 2500 градусов Цельсия.

Предыдущие исследования обнаружили у WASP-33b возможные признаки стратосферы. Новое исследование представляет собой лучшее доказательство за счет подписи молекул горячей воды, которые наблюдались впервые.

Для изучения стратосферы WASP-121b ученые, используя возможности «Hubble» в спектроскопии, проанализировали, как различные молекулы в атмосфере реагируют на определенные длины волн света.

Звездный свет способен проникать глубоко в атмосферу планеты и повышать температуру газа, который затем излучает тепло в космос в форме инфракрасного излучения. Однако, если в верхней части атмосферы имеется более прохладный водяной пар, молекулы воды будут препятствовать тому, чтобы некоторые 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.

Явление похоже на то, 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 определенных длинах волн, поскольку они теряют энергию: натрий образует оранжево-желтый цвет, а стронций, например, производит красный цвет. Молекулы воды в атмосфере WASP-121b аналогичным образом выделяют излучение, когда они теряют энергию, но в виде инфракрасного света, невидимого для человека.

В планетах Солнечной системы изменение температуры в стратосфере обычно составляет около 56 градусов Цельсия. На WASP-121b температура в стратосфере поднимается на 560 градусов Цельсия. Ученые еще не знают, какие химические вещества вызывают повышение температуры в атмосфере WASP-121b. Окись ванадия и оксид титана являются основными кандидатами, поскольку их обычно наблюдают у коричневых карликов. Ожидается, что такие соединения будут присутствовать только на самых раскаленных горячих юпитерах, поскольку для поддержания их в газообразном состоянии необходимы высокие температуры.

«Эта супер-горячая экзопланета станет эталоном для наших атмосферных моделей и наблюдательной мишенью «James Webb», – заключила Ханна Уэйкфорд, соавтор исследования из Центра космических полетов NASA им. Годдарда.