Планета K2-18b, находящаяся на расстоянии около 110 световых лет, может иметь вихревые облака и падающие дожди из капель жидкой воды
- Наука экзопланет буквально открыла новые миры для изучения, с планетами, населяющими галактику, в отличие от всего в нашей "маленькой" солнечной системе. Горячие Юпитеры кружатся вокруг своих звезд всего за несколько дней, горя при тысячах градусов. Суперземли - скалистые планеты, которые более массивны, чем наши собственные—предлагают интригующие цели для изучения признаков жизни.
- Одна планета, называемая K2-18b, находится примерно в 110 световых годах от Земли. Она больше нашей планеты, примерно в 8,6 раза по массе, и по размеру радиуса примерно в 2,7 раза. Эти типы планет обычно называют мини-Нептунами, которые, как считается, имеют скалистые или ледяные ядра, окруженные обширными атмосферами, и в последние годы ученые обнаружили, что они чрезвычайно распространены по всей галактике.
- K2-18b окутана атмосферой состоящей из водорода, и новые исследования, используя наблюдения с космического телескопа Хаббла, показывают, что атмосфера K2-18b также содержит молекулы воды в виде пара и, возможно, облака, которые содержат жидкие капли воды. находка является первым обнаружением воды на экзопланете в обитаемой зоне, где молекулы воды могут быть жидкими, что приближает нас к поиску планеты, которая могла бы поддерживать жизнь, как мы ее знаем.
“Эта планета определенно меньше, чем любая другая планета, на которой была обнаружена вода, и она также холоднее”, - говорит Лаура Шефер, доцент геологических наук в Стэнфорде, который изучает планетарные атмосферы.
- K2-18b вращается вокруг красного карлика, который является относительно маленькой и прохладной звездой. Но K2-18b гораздо ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, облетая орбиту всего за 33 дня, поэтому обе планеты получают примерно одинаковое количество энергии.
“K2-18b очень отличается от всего, что мы знаем", - говорит Сара Сигер, профессор физики и планетологии в MIT.”
- Водянистая планета не особенно похожа на Землю, и сомнительно, что у K2-18b есть скалистая поверхность, подобная нашей планете, говорят Сигер и Шефер. Измерения плотности K2-18b показывают, что атмосфера в основном состоит из водорода, окружающего скалистое и ледяное ядро. Внутри этого водорода, однако, есть отчетливая метка H2O.
- В 2016 и 2017 годах Беннеке возглавлял команду, которая использовала Хаббл для измерения света от звезды K2-18b, проходящего через атмосферу планеты. В частности, широкая камера наблюдала свет на длинах волн около 1,4 мкм, чтобы найти химическую составляющую воды, которая выглядит как темные линии, отсутствующие в спектре света.
- Дополнительные наблюдения с космического телескопа Spitzer и космического телескопа Kepler, который был использован для обнаружения K2-18b в 2015 году, помогли еще больше заполнить спектр, чтобы выявить присутствие воды.
" Каждая молекула имеет уникальную подпись", - говорит Беннеке, имея в виду линии, которые различные молекулы создают в спектре света. "Вода имеет сильные полосы поглощения, особенно в той длине волны, на которую они смотрят", - добавляет Шефер.
- В земной атмосфере склонность водяного пара поглощать свет ограничивает эффективность наземных телескопов. Но то же самое качество поглощения делает воду относительно легкой для выбора в атмосфере другой планеты, по сравнению с другими молекулами, такими как углекислый газ.
"Чем глубже вы погружаетесь, тем выше температура атмосферы", - говорит Беннеке. "Поэтому, когда эти капли воды конденсируются ... они выпадают и падают в более глубокие слои, и эти слои теплее. Так что вода по пути снова испарится.”
- Этот цикл дождя и испарения не так уж сильно отличается от процессов на Земле. Капли дождя могут упасть на горячие пустыни и испариться обратно в водяной пар, прежде чем они упадут на землю, например.
"В некотором смысле, это так же, как на Земле, за исключением того, что K2-12b не имеет поверхности”, - говорит Беннеке.
- Широкая Полевая камера Хаббла 3 охватывает диапазон длин волн, который включает линии поглощения воды, что позволяет нам обнаружить эти молекулы. Но для небольших каменистых планет астрономам понадобятся более мощные телескопы.
- Космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого намечен на 2021 год, сможет не только подтвердить наличие воды на К2-18б, но и измерить другие молекулы и охарактеризовать атмосферы небольших планет, более похожих на Землю.
- Этот тип наблюдения - измерение света, прошедшего через планетарную атмосферу, чтобы выделить определенные химические сигнатуры - остается на самом переднем крае возможностей телескопа.
"Это определенно раздвигает границы того, что было сделано раньше", - говорит Шефер.
До этого момента метод в основном использовался для изучения газовых гигантов, которые находятся относительно близко. Но обнаружение воды на K2-18b доказывает, что можно узнать, из чего состоят атмосферы небольших планет, что делает ученых на один шаг ближе к открытию мира, подобного нашему.
