В атмосфере экзопланеты найдены водяной пар, сернистый газ и песчаные облака

Группа европейских астрономов под руководством исследователей из Института астрономии KU Leuven использовала результаты недавних наблюдений на космическом телескопе James Webb для изучения атмосферы близкой экзопланеты WASP-107b.

Заглянув вглубь атмосферы WASP-107b, они обнаружили там не только водяной пар и сернистый газ, но даже облака силикатного песка. Эти частицы находятся в динамичной атмосфере, в которой наблюдается активный перенос вещества.

Астрономы всего мира используют передовые возможности прибора MIRI (Mid-Infrared Instrument), установленного на космическом телескопе Джеймса Уэбба (JWST), для проведения революционных наблюдений за экзопланетами — планетами, вращающимися вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. Одним из таких интересных миров является WASP-107b — уникальная газообразная экзопланета, вращающаяся вокруг звезды, которая немного холоднее и менее массивна, чем наше Солнце.

Масса планеты сходна с массой Нептуна, но ее размеры значительно превышают размеры Нептуна и почти приближаются к размерам Юпитера. Эта особенность делает WASP-107b довольно «пушистой» по сравнению с газовыми планетами-гигантами в нашей Солнечной системе. Пушистость этой экзопланеты позволяет астрономам заглянуть в ее атмосферу примерно в 50 раз глубже, чем при исследовании такого гиганта Солнечной системы, как Юпитер.

Группа европейских астрономов в полной мере воспользовалась удивительной пушистостью этой экзопланеты, что позволило им заглянуть вглубь ее атмосферы. Эта возможность открыла окно к разгадке сложного химического состава ее атмосферы. Причина этого довольно проста: сигналы, или спектральные особенности, гораздо более заметны в менее плотной атмосфере по сравнению с более компактной.

Результаты последнего исследования, опубликованные в журнале Nature, свидетельствуют о наличии водяного пара, диоксида серы (SO2) и силикатных облаков, но, что примечательно, в них не обнаружено следов парникового газа метана (CH4).

Динамичная атмосфера

Эти обнаружения позволяют получить важные сведения о динамике и химическом составе атмосферы этой удивительной экзопланеты. Во-первых, отсутствие метана указывает на потенциально теплую внутреннюю часть планеты, позволяя получить представление о движении тепловой энергии в ее атмосфере. Во-вторых, большим сюрпризом стало обнаружение диоксида серы (известного по запаху сгоревших спичек).

Предыдущие модели предсказывали его отсутствие, но теперь новые климатические модели атмосферы WASP-107b показывают, что сама пушистость WASP-107b способствует образованию диоксида серы в ее атмосфере. Несмотря на то, что звезда-хозяин излучает относительно небольшую долю высокоэнергетических фотонов из-за своей более холодной природы, эти фотоны могут проникать глубоко в атмосферу планеты благодаря ее пушистой природе. Это позволяет протекать химическим реакциям, необходимым для образования диоксида серы.

Но это еще не все, что удалось наблюдать. Спектральные характеристики как диоксида серы, так и водяного пара значительно уменьшены по сравнению с безоблачным сценарием. Высотные облака частично заслоняют водяной пар и диоксид серы в атмосфере. Хотя предположения о наличии облаков на других экзопланетах уже высказывались, это первый случай, когда астрономы могут точно определить химический состав этих облаков. В данном случае облака состоят из мелких силикатных частиц — хорошо знакомого человеку вещества, которое во многих частях света является основной составляющей песка.

JWST совершает революцию в изучении характеристик экзопланет, позволяя получать беспрецедентные данные с поразительной скоростью, — говорит ведущий автор исследования профессор Леен Децин (Leen Decin) из KU Leuven.

Обнаружение облаков песка, воды и диоксида серы на этой пушистой экзопланете с помощью прибора MIRI JWST является важнейшим событием. Она меняет наше представление о формировании и эволюции планет и проливает новый свет на нашу собственную Солнечную систему.

В отличие от земной атмосферы, где вода замерзает при низких температурах, на газообразных планетах, достигающих температуры около 1000 градусов Цельсия, силикатные частицы могут вымораживаться, образуя облака. Однако в случае WASP-107b, когда температура внешней атмосферы составляет около 500 градусов Цельсия, традиционные модели предсказывали, что эти силикатные облака должны формироваться глубже в атмосфере, где температура значительно выше. Кроме того, из песчаных облаков, расположенных высоко в атмосфере, выпадает дождь. Как же тогда получается, что эти песчаные облака существуют на больших высотах и продолжают существовать?

По словам ведущего автора исследования доктора Михиля Мина (Michiel Min):

То, что мы видим эти песчаные облака высоко в атмосфере, должно означать, что капли песчаного дождя испаряются в более глубоких, очень горячих слоях, а образовавшиеся силикатные пары эффективно перемещаются обратно вверх, где они вновь конденсируются и образуют силикатные облака. Это очень похоже на круговорот водяного пара и облаков на нашей Земле, только с каплями, состоящими из песка.

Этот непрерывный цикл сублимации и конденсации с помощью вертикального переноса и является причиной постоянного присутствия песчаных облаков в атмосфере WASP-107b.

Это новаторское исследование не только проливает свет на экзотический мир WASP-107b, но и расширяет границы наших представлений об атмосферах экзопланет. Оно знаменует собой важную веху в изучении экзопланет, раскрывая сложное взаимодействие химических веществ и климатических условий на этих далеких мирах.

JWST позволяет получить глубокую характеристику атмосферы экзопланеты, не имеющей аналогов в нашей Солнечной системе, мы открываем новые миры! — говорит ведущий автор исследования д-р Ахрен Дирек (Achrène Dyrek) из CEA Paris.

Проектирование и разработка прибора MIRI

Благодаря финансированию бельгийского федерального управления научной политики BELSPO в рамках программы ЕКА PRODEX, ключевую роль в проектировании и разработке прибора MIRI сыграли бельгийские инженеры и ученые, в том числе Centre Spatial de Liege (CSL), Thales Alenia Space (Charleroi) и OIP Sensor Systems (Oudenaarde). В Институте астрономии KU Leuven ученые, работающие с прибором, провели всесторонние испытания прибора MIRI в специальных испытательных камерах, имитирующих космическую среду, в лабораториях в Великобритании, в центрах NASA Goddard и NASA Johnson Space.

Вместе с коллегами из Европы и США мы создавали и тестировали прибор MIRI в течение почти 20 лет. Очень приятно видеть, как наш прибор раскрывает атмосферу этой интригующей экзопланеты, — заключает специалист по прибору доктор Барт Ванденбуше (Bart Vandenbussche) из KU Leuven.

Данное исследование объединяет результаты нескольких независимых анализов наблюдений JWST и отражает многолетний труд, вложенный не только в создание прибора MIRI, но и в инструменты калибровки и анализа данных наблюдений, полученных с помощью MIRI.

15.11.2023


Подписаться в Telegram



Космос

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд

Первые научные снимки, сделанные спутником Euc...

Nature Astronomy: Открыта планета с плотностью сахарной ваты
Nature Astronomy: Открыта планета с плотностью сахарной ваты

Международная команда под руководством ис...

Nature: Исследование объяснит, почему на Венере нет воды
Nature: Исследование объяснит, почему на Венере нет воды

Ученые-планетологи из Университета Колора...

EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи

Магнитное поле Земли защищает нашу планету от&...

«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе

Тайны Вселенной не перестают привлекать л...

Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать

За последнее десятилетие человечество стало св...

ALMA обнаружил тень квазара, который застал Вселенную моложе миллиарда лет
ALMA обнаружил тень квазара, который застал Вселенную моложе миллиарда лет

Теоретические предсказания подтвердились благо...

Планета размером с Землю обнаружена на «заднем дворе» нашего Солнца
Планета размером с Землю обнаружена на «заднем дворе» нашего Солнца

Группа астрономов обнаружила планету, которая ...

MNRAS: Раскрыты секреты "горячего Сатурна" и его пятнистой звезды
MNRAS: Раскрыты секреты "горячего Сатурна" и его пятнистой звезды

Группа астрономов под руководством ученых...

Science Advances: Открыт загадочный компонент кислотных облаков Венеры
Science Advances: Открыт загадочный компонент кислотных облаков Венеры

Из чего состоят облака Венеры? Ученые знают, ч...

MNRAS: Нептун и Уран действительно похожи
MNRAS: Нептун и Уран действительно похожи

Нептун известен как насыщенный голубой, а...

Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена
Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена

Впервые люди потревожили лунную пыль 13 сентяб...

PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?
PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?

По мере развития астрофизических технологий и&...

Nature: Водород в лунных образцах дает новую надежду на освоение космоса
Nature: Водород в лунных образцах дает новую надежду на освоение космоса

Исследователи Военно-морской исследовательской...

NASA: Уэбб обнаружил новые объекты в центре Млечного Пути
NASA: Уэбб обнаружил новые объекты в центре Млечного Пути

На последнем снимке космического телескопа НАС...

Nature Synthesis: Иммиграция на Марс становится реальнее
Nature Synthesis: Иммиграция на Марс становится реальнее

Иммиграция на Марс и жизнь на н...

На космической рождественской елке нашли 14 транзитных объектов
На космической рождественской елке нашли 14 транзитных объектов

Международная группа ученых под руководст...

The Astrophysical Journal: Богатые газом галактики зажгли раннюю Вселенную
The Astrophysical Journal: Богатые газом галактики зажгли раннюю Вселенную

Новые изображения, полученные с помощью к...

Ракета НАСА увидит раскаленный край звездообразующей сверхновой
Ракета НАСА увидит раскаленный край звездообразующей сверхновой

Новая зондирующая ракета отправится в кос...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Синергия виртуального сервера и облака: преимущества облачных VPS и VDS