На планете в Змееносце пасмурная парилка

Параллельно с открытием новых планетных систем астрономы совершенствуют методы анализа уже открытых миров, узнавая о них все больше и больше. Сегодня астрономы могут судить о массе, радиусе, характере собственного и орбитального движения планет. Для планет, похожих на наш Юпитер, иногда можно говорить и о составе атмосферы. В отличие от этих газовых гигантов атмосферы планет, похожих на Землю, исследовать до последнего времени не удавалось. Первой такой планетой, для которой это удалось сделать, стала открытая в созвездии Змееносца планета GJ 1214b.

Суперземля

Планету обнаружили в 2009 году рядом с красным карликом GJ 1214b в 40 тысячах световых лет от Земли. Расстояние, на котором планета вращается вокруг звезды, составляет всего 2 млн километров – это в 70 раз меньше расстояния от Земли до Солнца. Планета в 2,6 раза больше и 6,5 раз массивнее нашей, поэтому ее сразу отнесли к так называемым суперземлям. Суперземлями принято называть планеты, массы которых больше массы Земли, но существенно меньше массы Юпитера. Планету нашли методом транзитов: каждые 38 часов она проходит по диску своей звезды, слегка ослабляя ее свет.

Чтобы узнать, из чего состоит атмосфера планеты, астрофизики под руководством Джекоба Бина из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики решили наблюдать за изменением спектра звезды в момент прохождения планеты по ее диску. Точнее, их интересовали те моменты, когда край планеты (лимб) только надвигается на диск звезды. По кривой блеска звезды видно, что при затмении происходит не мгновенное, а плавное падение яркости звезды. Иначе говоря, на кривой блеска наблюдается не резкий провал, а «яма» с наклонными стенками. Это наблюдается отчасти из-за того, что диск самой звезды к краю выглядит темнее, а отчасти — благодаря тому, что у планеты есть атмосфера. Зная функцию потемнения диска звезды, можно оценить радиус атмосферы планеты по наклону кривой блеска.

Чтобы понять, из чего может состоять атмосфера планеты GJ 1214b, ученые прописали такие же кривые блеска, но не для оптического диапазона, а для разных участков инфракрасного спектра. По характеру полученной зависимости физики сделали вывод, что в состав атмосферы планеты входит большое количество водорода. Однако в какой форме он в нее входит – в виде молекул H₂ или молекул воды – по полученным данным не скажешь.

Но по отсутствию в спектре звезды заметных линий поглощения астрономы сделали вывод, что атмосфера планеты состоит из молекул тяжелее водорода.

Сняв спектры атмосферы на разных ее высотах, ученые смогли сравнить их с модельными спектрами известных составов.

Оказалось, что лучше всего на экспериментальные точки «ложится» атмосфера, состоящая в основном из молекул воды. По мнению ученых, атмосфера GJ 1214b либо на более чем 70% состоит из насыщенного водяного пара, либо покрыта толстым слоем облаков, не пропускающих звездный свет.

Температура на поверхности планеты, по оценкам ученых, составляет 300−400°С, так что выпадение воды в виде дождя там маловероятно. «Хотя мы не можем сказать точно, из чего состоит атмосфера, найти такой облачный или насыщенный парами далекий мир очень важно. Последующие наблюдения в длинноволновом диапазоне инфракрасных волн покажут, из чего состоит атмосфера GJ 1214b», — пояснил Бин.

Работа исследователей опубликована в журнале Nature.