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


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.



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.