
Группа европейских астрономов, совместно возглавляемая исследователями из Института астрономии КУ Левен, использовала недавние наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, для изучения атмосферы близлежащей экзопланеты WASP-107b. Заглянув глубоко в атмосферу WASP-107b, они обнаружили не только водяной пар и диоксид серы, но даже облака силикатного песка. Эти частицы находятся в динамичной атмосфере, которая демонстрирует интенсивный перенос вещества.
Астрономы по всему миру используют передовые возможности прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для проведения новаторских наблюдений экзопланет — планет, вращающихся вокруг звезд, отличных от нашего солнца. Одним из таких удивительных миров является WASP-107b, уникальная газообразная экзопланета, которая вращается вокруг звезды, немного более холодной и менее массивной, чем наше солнце.
Масса планеты аналогична массе Нептуна, но ее размер намного больше, чем у Нептуна, почти приближаясь к размеру Юпитера. Эта характеристика делает WASP-107b довольно "пушистой" по сравнению с газовыми планетами-гигантами в нашей солнечной системе. Пушистость этой экзопланеты позволяет астрономам заглянуть примерно в 50 раз глубже в ее атмосферу по сравнению с глубиной исследования, достигнутой для гиганта солнечной системы, такого как Юпитер.
Сигналы, или спектральные особенности, гораздо более заметны в менее плотной атмосфере по сравнению с более компактной. Их недавнее исследование, опубликованное в Nature, показывает присутствие водяного пара, диоксида серы (SO2) и силикатных облаков, но примечательно, что нет никаких следов парникового газа метана (CH4).
Эти обнаружения дают решающее представление о динамике и химическом составе этой экзопланеты.
Во-первых, отсутствие метана намекает на потенциально теплые внутренние районы.
Во-вторых, открытие диоксида серы.
Предыдущие модели предсказывали их отсутствие, но новые климатические модели атмосферы WASP-107b теперь показывают, что сама пушистость WASP-107b способствует образованию диоксида серы в ее атмосфере. Несмотря на то, что ее звезда-хозяин излучает относительно небольшую долю высокоэнергетических фотонов из-за своей более холодной природы, эти фотоны могут проникать глубоко в атмосферу планеты благодаря своей пушистости. Это позволяет протекать химическим реакциям, необходимым для получения диоксида серы.
Спектральные характеристики диоксида серы и водяного пара значительно уменьшены по сравнению с тем, какими они были бы при безоблачном сценарии. Высотные облака частично скрывают водяной пар и диоксид серы в атмосфере.
Хотя облака были обнаружены и на других экзопланетах, это первый случай, когда астрономы могут окончательно определить химический состав этих облаков. В данном случае облака состоят из мелких силикатных частиц - знакомого человеку вещества, встречающегося во многих частях света в качестве основного компонента песка.
"JWST революционизирует определение характеристик экзопланет, предоставляя беспрецедентную информацию с поразительной скоростью", - говорит ведущий автор профессор Лин Десин из университета Левена. "Обнаружение облаков песка, воды и диоксида серы на этой пушистой экзопланете прибором MIRI компании JWST является ключевой вехой. Это меняет наше понимание формирования и эволюции планет, проливая новый свет на нашу собственную солнечную систему ".
В отличие от атмосферы Земли, где вода замерзает при низких температурах, на газообразных планетах, достигающих температуры около 1000 градусов Цельсия, силикатные частицы могут замерзать, образуя облака. Однако в случае WASP-107b с температурой во внешней атмосфере около 500 градусов Цельсия традиционные модели предсказывали, что эти силикатные облака должны формироваться глубже в атмосфере, где температуры существенно выше. Кроме того, песчаные облака высоко в атмосфере выпадают дождем.
По словам ведущего автора исследования доктора Майкла Мина, "Тот факт, что мы видим эти песчаные облака высоко в атмосфере, должен означать, что капли песчаного дождя испаряются в более глубоких, очень горячих слоях, и образующийся силикатный пар эффективно перемещается обратно наверх, где они вновь конденсируются, образуя силикатные облака. Это очень похоже на круговорот водяного пара и облаков на нашей собственной Земле, но с каплями песка. "
Этот непрерывный цикл сублимации и конденсации посредством вертикального переноса ответственен за длительное присутствие песчаных облаков в атмосфере WASP-107b.
Это новаторское исследование не только проливает свет на экзотический мир WASP-107b, но и раздвигает границы нашего понимания атмосфер экзопланет. Это знаменует собой важную веху в исследовании экзопланет, раскрывая сложное взаимодействие химических веществ и климатических условий на этих отдаленных мирах.
"JWST позволяет получить глубокие атмосферные характеристики экзопланеты, у которой нет аналогов в нашей солнечной системе, мы открываем новые миры", - говорит ведущий автор доктор Ахрен Дайрек из CEA Paris.
Бельгийские инженеры и ученые сыграли ключевую роль в проектировании и разработке прибора MIRI, включая системы датчиков Center Spatial de Liege (CSL), Thales Alenia Space (Шарлеруа) и OIP (Ауденаарде). В Институте астрономии в КУ Левен ученые-приборостроители провели обширные испытания прибора MIRI в специальных испытательных камерах, имитирующих космическую среду в лабораториях в Великобритании, в космических центрах НАСА Годдарда и НАСА Джонсона.
"Вместе с коллегами по всей Европе и Соединенным Штатам мы создавали и тестировали прибор MIRI почти 20 лет. Это полезно, чтобы увидеть наш инструмент разгадать атмосферу этой интригующей экзопланет", - говорит документа специалист, доктор Барт Ванденбуссхе КУ Левен.
Это исследование объединяет результаты нескольких независимых анализов наблюдений JWST и отражает годы работы, вложенные не только в создание прибора MIRI, но и в инструменты калибровки и анализа данных наблюдений, полученных с помощью MIRI ", - говорит доктор Йерун Боуман из Института астрономии Макса Планка, Германия.
Источник: Nature, КУ Левен
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На графике ниже:
Спектр пропускания теплой экзопланеты Нептуна WASP-107b, полученный спектрометром низкого разрешения (LRS) прибора Mid InfraRed Instrument (MIRI) на борту JWST, показывает наличие водяного пара, диоксида серы и силикатных (песчаных) облаков в атмосфере планеты.
Майкл Мин / европейская команда MIRI EXO GTO / ЕКА / НАСА