У екзопланети вперше знайшли стратосферу

Міжнародна група астрономів завдяки телескопу «Хаббл» виявила стратосферу в екзопланети WASP-121b і довели наявність у ній гарячого водяного пари. Це перша стратосфера достовірно зафіксована за межами Сонячної системи. Цікаво, що знахідка вказує на існування у WASP-121b аналога озонового шару, який, за припущенням авторів, може містити пари оксиду ванадію і титану. Дослідження опубліковано в журналі.

Атмосферу Землі ділять на кілька шарів, що відрізняються характером зростання температури в них. Наприклад, у тропосфері, що піднімається на 10-18 кілометрів над поверхнею Землі, температура з висотою падає на 6,5 градусів з кожним кілометром висоти. У стратосфері, що піднімається до 50 кілометрів, спостерігається зворотна залежність: температура повільно піднімається від мінус 50 градусів Цельсія до нуля. За зростання температури в стратосфері відповідальний озоновий шар, що дуже ефективно поглинає ультрафіолетове випромінювання Сонця. Наступними йдуть мезосфера (температура знову вбиває) і термосфера (температура різко зростає і пов'язана з активністю Сонця).

Стратосфера - не унікальне земне явище. Стратосфера Юпітера розігрівається від 110 (верхня межа тропосфери) до 200 кельвін, а в Урану - від 50 до 800 кельвін. Роль озону тут виконує метан. Також стратосфера присутня в атмосферах Сатурна і Нептуна. Два роки тому астрономи повідомили про натяки на наявність стратосфери в екзопланети WASP-33b, але ці дані не можна було назвати однозначними.

Найнадійніший спосіб довести існування стратосфери - дослідити світіння екзопланети в інфрачервоному діапазоні. Якщо в атмосфері є стратосфера, то нижній шар виявиться холоднішим за верхній. Тоді теплове випромінювання стратосфери проявиться у вигляді піків випускання на спектрі. Якщо ж стратосфери немає, то нижній шар в цілому тепліше верхнього. Тоді його теплове випромінювання буде поглинатися верхніми шарами, що також позначиться на спектрі.

У новій роботі астрономи спостерігали за допомогою камери WFC3 телескопа «Хаббл» за екзопланетою WASP-121b. Вона розташована приблизно за 900 світлових років від Землі і належить до класу гарячих Юпітерів. Її маса на 20 відсотків більша, ніж у Юпітера, а діаметр удвічі перевищує юпітеріанський. Екзопланета знаходиться дуже близько до центрального світила системи - рік на ній триває близько 1,3 дня. Наслідок такої близькості - величезна температура верхніх шарів атмосфери, що досягає 2,5 тисяч кельвін.

Камера WFC3 вже стала традиційним інструментом для пошуку спектральних слідів води в різних об'єктах. Вона дозволила виявити ясні сліди теплового випромінювання води в атмосфері WASP-121b - чіткий пік на довжині хвилі 1,4 мікрометра. Відсутність стратосфери вчені очікували побачити у вигляді провалу в тій же області спектру. За оцінками авторів величина розігріву стратосфери сягає 1000 градусів, набагато більше, ніж у будь-якої іншої з відомих стратосфер.

Деякі особливості спектру можна пояснити наявністю в атмосфері парів оксиду ванадію - кандидата на роль озону в екзопланетному озоновому шарі. Як і озон, оксид ванадію добре поглинає ультрафіолет і у великих концентраціях може викликати температурну інверсію (і, відповідно, утворення стратосфери). Однак вказівки на сліди оксиду ванадію в атмосфері не настільки надійні, як на воду, тому точно говорити про «винуватця» виникнення стратосфери екзопланети ще рано.

Раніше цього року ми повідомляли про перше надійне виявлення атмосфери в екзопланети земного типу - GJ 1132b. Цікаво, що цей об'єкт звертається біля червоного карлика - вважається, що активність таких зірок повинна бути згубна для атмосфер.