Астрономы успешно открывают планеты, вращающиеся вокруг звезд, отличных от Солнца. За последние тридцать лет им удалось обнаружить более 5000 глобусов меньшего и большего размера в окрестностях различных звезд. Однако изучение атмосфер экзопланет — относительно новая область исследований, которой всего десяток лет. Поэтому неудивительно, что почти каждые несколько месяцев ученые обнаруживают атмосферы, которые удивляют своими размерами или химическим составом.
Открытие экзопланет было таким же изначально. Внезапно оказалось, что во Вселенной есть планеты, подобные тем, что в Солнечной системе, но их были обнаружены сотни, о существовании которых никто даже и не подозревал. Таким путем удалось найти горячие юпитеры — газовые гиганты, которые вместо того, чтобы держаться подальше от своей звезды, почти касаются ее поверхности, обращаясь вокруг нее всего за несколько дней или даже часов, суперземли — скалистые планеты крупнее и больше массивнее Земли, мини-нептуны или планеты настолько горячие, что одна их сторона (обращенная к звезде) представляет собой один огромный океан лавы, а другая почти замерзла.
Как узнать атмосферу экзопланеты на расстоянии световых лет?
Со временем, благодаря наблюдениям за транзитами планет перед родительской звездой, ученые начали наблюдать за окружающей атмосферой. Когда планета заслоняет собой звезду, часть света, излучаемого звездой, проходит через тонкий слой атмосферы планеты и доходит до нас измененным содержащимися в нем химическими веществами. Из такого сигнала достаточно вычесть химический состав звезды, и мы имеем информацию о химическом составе атмосферы планеты. Китайские ученые только что сделали удивительное открытие об атмосфере экзопланеты MASCARA-4b.
Атмосфера экзопланеты с удивительно тяжелыми элементами
Представим, что мы смотрим в спектр атмосферы планеты и видим отдельные ее составляющие. Известно, что наиболее четкий сигнал дадут те элементы и химические соединения, которых больше всего в атмосфере. Чем меньше данного соединения, тем слабее, естественно, будет его сигнал. Естественно, особо тяжелых элементов в атмосфере экзопланеты никто не ожидает.
Тем временем в атмосфере планеты MASCARA-4b, находящейся в 557 световых годах от нас, китайские астрономы обнаружили отчетливый сигнал, исходящий от самария. Это, безусловно, самый тяжелый элемент, обнаруженный в атмосфере любой экзопланеты. Этот элемент присутствует, например, в земной коре в количестве 7,9 частей на миллион.
Однако MASCARA-4b совсем не похожа на Землю. Это ультрагорячий Юпитер, вращающийся очень близко к своей звезде. Температура поверхности, скрытой под обширной атмосферой, составляет около 2000°С. Несмотря на это, как указывают ученые, самарий должен присутствовать в атмосфере планеты в небольших количествах и его должно быть трудно заметить. Несмотря на это, данные Очень Большого Телескопа в Чили показали, что самарий и другие тяжелые элементы, такие как барий, находятся в верхних слоях атмосферы, в то время как ученые ожидают, что они будут обнаружены в нижних слоях, где высокое давление.
Однако это удивительное открытие позволяет нам лучше понять саму планету. Учитывая, что самарий обычно легко реагирует с водой и кислородом, его присутствие в верхних слоях атмосферы указывает на то, что ни один из них вряд ли будет обнаружен на поверхности этого конкретного горячего Юпитера.