Астрономы впервые изучили свойства стратосферы одной из гигантских экзопланет и обнаружили, что она раскалена до таких температур, что она могла бы испарить железо и другие металлы.
«Когда мы впервые нацелили «Хаббл» на WASP-121b, мы увидели сияние молекул воды, что указало на наличие четко выраженной стратосферы на этом «горячем юпитере». Наши теоретические расчеты достаточно давно указывали на то, что у некоторых планет могут быть очень горячие стратосферы, сильно влияющие на химию и физику всей атмосферы», — рассказывает Том Эванс (Tom Evans) из университета Эксетера (Великобритания).
За последние десять лет астрономы открыли тысячи планет за пределами Солнечной системы, часть из которых оказалась похожей на Землю по своим размерам, а другие – на уменьшенные или увеличенные копии Юпитера. Сейчас планетологи активно работают над изучением их атмосферы для оценки того, может ли существовать на них жизнь, и раскрытия истории формирования.
Большие успехи в этом направлении были достигнуты при изучении «горячих юпитеров» – самых больших и удобных для изучения планет вне Солнечной системы. Их раскаленная атмосфера оказалась похожей по составу на газовые оболочки Юпитера и Сатурна, в основном состоящие из водорода, гелия и углеводородов, а в их небесах астрономы открыли экзотические стеклянные и свинцовые облака и дожди из драгоценных камней.
Как рассказывает Эванс, ученые достаточно давно подозревали, что многие «горячие юпитеры», обладающие рекордно высокими температурами поверхности и атмосферы, могут обладать еще более раскаленной стратосферой, температура которой, как и у ее «тезки» на Земле, растет по мере удаления от поверхности газового гиганта.
Существующие сегодня телескопы слишком малы для того, чтобы напрямую наблюдать за атмосферой таких планет, и поэтому ученым приходится искать их следы в свечении звезд, вокруг которых вращаются «горячие юпитеры», опираясь на свойства земной стратосферы и компьютерные модели раскаленных газовых гигантов.
Проблема заключается в том, что ученые не знали, какие вещества или молекулы могут служить аналогом озона, главного виновника разогрева стратосферы на Земле. Молекулы озона, как объясняют ученые, поглощают ультрафиолетовое излучение и преобразуют его в тепло, благодаря чему стратосфера горячее «сверху», где таких лучей больше, чем «снизу», куда они попадают гораздо реже.
Эванс и его коллеги пытались найти такие молекулы, анализируя спектр самых горячих экзопланет при помощи «Хаббла». Наблюдая за недавно открытой планетой WASP-121b, «горячим юпитером» в созвездии Кормы, ученые обнаружили несколько крайне необычных линий в их спектре, указывавших на присутствие сильно разогретых водных паров и ряда других веществ, способных разогреть воду до столь высоких температур.
Пытаясь понять, какие именно вещества содержатся в атмосфере WASP-121b, ученые создали компьютерную модель этого «горячего юпитера». Используя эту виртуальную планету, астрономы добавляли в ее атмосферу различные вещества и наблюдали за тем, как меняется ее спектр при изменении набора и концентрации этих соединений.
Подобный прием помог им доказать, что верхний слой атмосферы WASP-121b действительно похож на стратосферу, роль озона в которой играют два вещества – оксид титана и оксид ванадия, наночастицы и молекулы которых поглощают ультрафиолет еще сильнее, чем озон.
Благодаря этим соединениям, верхний слой стратосферы WASP-121b примерно на 1100-1500 градусов Кельвина горячее, чем ее нижняя часть, и температуры в ней достигают рекордных 2700 градусов Кельвина. Это означает, что железо, попавшее в эту часть атмосферы WASP-121b, не только бы начало плавиться, но и было бы готово «закипеть» и испариться.
Данное открытие, как считают Эванс и его коллеги, подтверждает то, что существует два класса «горячих юпитеров», обладающих или не обладающих стратосферой. Дальнейшее изучение WASP-121b и открытие других планет такого рода, по мнению планетологов, поможет нам понять, что именно отличает их и как формируются подобные «адские» миры.
