Мы только что получили самое подробное представление об атмосфере экзопланеты — и она активна

WASP-39b, газовый гигант, расположенный примерно в 700 световых годах от нас, оказался настоящим экзопланетным сокровищем.

Ранее в этом году WASP-39b был впервые обнаружен углекислого газа в атмосфере планеты за пределами Солнечной системы.

Теперь глубокий анализ данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) дал нам абсолютную золотую жилу информации: самые детальный взгляд на атмосферу экзопланеты.

Результаты включают информацию об облаках WASP-39b, первое в истории прямое обнаружение фотохимии в атмосфере экзопланеты и почти полную инвентаризацию химического состава атмосферы, которая показывает дразнящие намеки на историю формирования экзопланеты.

Эти грандиозные открытия были опубликованы в пяти статьях в журнале Nature и прокладывают путь к возможному обнаружению химических признаков жизни за пределами планеты. Солнечная система.

«Эти ранние наблюдения являются предвестниками более удивительных научных открытий. JWST, — говорит астрофизик Лаура Крейдберг, директор Института астрономии Макса Планка в Германии.

— Мы протестировали телескоп, чтобы проверить его работу, и он оказался почти безупречным — даже лучше, чем мы надеялись. .»

С тех пор, как в начале 1990-х годов были обнаружены первые экзопланеты, мы стремились узнать больше об этих мирах, вращающихся вокруг инопланетных звезд.

Но трудности были непростыми. Экзопланеты могут быть очень маленькими и очень далекими. Большинство из них мы даже никогда не видели: мы знаем об их существовании только на основании того эффекта, который они оказывают на свои звезды-хозяева.

Один из таких эффектов возникает, когда экзопланета проходит между нами и звездой. событие, известное как транзит. Это приводит к тому, что звездный свет немного тускнеет; периодические явления затемнения предполагают присутствие тела на орбите. Мы даже можем сказать, насколько велико это вращающееся вокруг тело, основываясь на затемнении и гравитационном воздействии на звезду.

И есть еще кое-что, что мы можем сказать, основываясь на данных о транзите. Когда звездный свет проходит через атмосферу транзитной экзопланеты, он меняется. Некоторые длины волн в спектре тусклее или ярче, в зависимости от того, как молекулы в атмосфере поглощают и переизлучают свет.

Сигнал слабый, но с достаточно мощным телескопом и набором транзитов, изменение характеристик поглощения и излучения в спектре можно расшифровать, чтобы определить состав атмосферы экзопланеты.

JWST — самый мощный из когда-либо запущенных космических телескопов. С помощью трех из четырех своих инструментов он получил подробные инфракрасные спектры звезды WASP-39. Затем ученые приступили к анализу цветных кодов.

Первым делом была проведена перепись молекул, присутствующих в атмосфере WASP-39b. В дополнение к вышеупомянутому углекислому газу исследователи обнаружили водяной пар, натрий и окись углерода. Не было обнаружено метана, что означает, что металличность WASP-39b выше, чем у Земли.

Обилие этих элементов также показательно. В частности, соотношение углерода и кислорода предполагает, что экзопланета образовалась намного дальше от своей звезды-хозяина, чем ее нынешнее близкое положение, занимая четырехдневную орбиту. А данные моделирования и наблюдений предполагают, что небо экзопланеты населено разорванными облаками — не из воды, а из силикатов и сульфитов.

Наконец, наблюдения выявили присутствие соединения, называемого диоксидом серы. Здесь, в Солнечной системе, на каменистых мирах, таких как Венера и спутник Юпитера Ио, двуокись серы является результатом вулканической активности. Но на газовых мирах у диоксида серы другая история происхождения: он образуется, когда сероводород распадается под действием света на составные части, а образующаяся сера окисляется.

Химические реакции, вызванные фотонами, известны как фотохимии, и они имеют значение для обитаемости, стабильности атмосферы и образования аэрозолей.

Чтобы было ясно, WASP-39b вряд ли будет пригоден для жизни, какой мы ее знаем, для целый ряд причин, включая, помимо прочего, палящую температуру и газовый состав, но обнаружение фотохимии имеет значение для изучения атмосферы других миров и понимания эволюции самой WASP-39b.

Планетарные ученые годами готовились к пониманию атмосфер, которые, как ожидалось, должен был предоставить JWST. С первым подробным анализом атмосферы экзопланеты кажется, что космический телескоп оправдает свои обещания.

Кроме того, группы, участвующие в этом исследовании, готовят документацию, чтобы другие ученые могли применить свои методы к будущие наблюдения экзопланет JWST.

Мы можем не обнаружить признаки жизни в атмосфере экзопланеты с JWST — возможно, потребуется еще более мощный телескоп, чтобы обеспечить такой уровень мельчайших деталей — но с анализом WASP -39b, это открытие становится все более заманчиво доступным.

«Подобные данные, — говорит астроном Натали Баталья из Калифорнийского университета в Санта-Круз, — меняют правила игры».

Исследование будет опубликовано в Nature, и его можно будет прочитать в виде препринтов здесь, здесь, здесь, здесь и здесь.