В атмосфере экзопланеты, находящейся всего в 111 световых годах, астрономы только что сделали очень захватывающее открытие: они обнаружили воду.
Целых 50 процентов атмосферы K2-18b может быть водяным паром. Но в отличие от других гигантских экзопланет, на которых была обнаружена атмосферная вода, K2-18b является суперземлей. Это может быть каменистым, как Земля, Марс и Венера.
Это открытие могло помочь нам понять не только атмосферу экзопланет обитаемой зоны в целом, но и атмосферу скальных экзопланет обитаемой зоны на близкой орбите вокруг звезд красного карлика.
«Найти воду в потенциально обитаемом мире, отличном от Земли, невероятно интересно», — сказал астроном Ангелос Циарас из Университетского колледжа Лондона.
«K2-18b — это не «Земля 2.0», поскольку он значительно тяжелее и имеет другой состав атмосферы. Однако он приближает нас к ответу на фундаментальный вопрос: уникальна ли Земля?»
K2-18b был обнаружен в 2015 году. Мы знаем, что планета вращается вокруг звезды красного карлика по имени K2-18 довольно близко, совершая круг каждые 33 дня. Кроме того, уровни звездного излучения планеты подобны уровням Земли (за исключением высокой вспышечной активности, типичной для красных карликов).
Это потому, что эта 33-дневная орбита находится прямо посередине обитаемой зоны звезды — не слишком горячая, чтобы жидкая вода испарялась с поверхности, и не настолько холодная, чтобы она полностью замерзла.
Мы также знаем, что планета примерно в два раза больше Земли и примерно в восемь раз больше по массе. Астрономы даже сузили планету до двух возможных типов. В 2017 году команда определила, что это может быть либо каменистая планета с атмосферой, похожей на Землю, но более крупной, либо планета с преимущественно внутренним водоемом, покрытая толстым слоем льда, как Энцелад или Европа.
Новое исследование предполагает, что K2-18b все-таки имеет атмосферу.
Планета была обнаружена Кеплером (RIP), который обнаружил планеты с помощью метода транзита. Это когда звездная система выровнена как раз для того, чтобы планета проходила между нами и ее звездой, называемой транзитом, вызывая заметное затемнение света звезды.
Этот транзит может также помочь нам изучить атмосферу планеты. Когда свет звезды проходит, некоторые длины волн могут поглощаться конкретными газами, создавая линии на спектре. Они могут быть выбраны при сравнении спектрального профиля звезды со спектральным профилем транзита.
Но это не так просто. Даже для обнаружения планеты в первую очередь требуются высокочувствительные приборы, способные обнаруживать слабые провалы в свете звезд; линии спектрального поглощения также невероятно слабые.
Циарас и его команда сделали это с помощью инструмента WFC3 на космическом телескопе Хаббла. Они изобразили восемь транзитов планеты перед звездой и объединили их, чтобы получить средневзвешенное значение, создавая спектральный профиль для планеты.
Затем пришло время выяснить, что говорит им этот спектральный профиль, используя моделирование. Первоначально они запускали модели атмосферы K2-18b с рядом атмосферных молекул, которые могли бы образовывать линии поглощения, включая воду (H2O), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO 2 ), метан (CH 4 ) и аммиак (NH3).
В спектре планеты только вода может быть обнаружена с какой-либо достоверностью, поэтому команда пересмотрела свой анализ, используя только воду в качестве следового газа.
Затем они смоделировали атмосферу, используя три различных подхода: безоблачный, с водяным паром в водородно-гелиевой атмосфере; безоблачный, с водяным паром, водородно-гелиевым и молекулярным азотом; и облачно, с водяным паром и водородно-гелиевым.
Все три моделирования дали статистически значимую атмосферу с высоким уровнем достоверности, значения были настолько похожи, что они не могли полностью различить три потенциальных типа.
Основываясь на текущей информации, было невозможно ограничить обилие воды; но модели предполагали, что от 20 до 50 процентов атмосферы планеты может быть водяным паром.
Для справки: атмосфера Земли колеблется от 0 до 5 процентов водяного пара (или 0,25 процента от общего среднего по массе). Таким образом, K2-18b будет довольно влажным местом.
Также нельзя исключать присутствие метана и аммиака, поскольку их длины волн не покрываются WFC3.
Все это дает достаточно убедительные аргументы в пользу направления следующего поколения более широких волновых приборов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба и инфракрасная экзопланета большого атмосферного дистанционного зондирования, в направлении планеты.
«Хотя вопрос обитаемости для умеренных планет вокруг звезд позднего типа является предметом активного обсуждения, и реальный прогресс требует существенно улучшенных наблюдательных ограничений, — пишут исследователи в своей статье, — анализ, представленный здесь, обеспечивает первое прямое наблюдение молекулярной сигнатуры от экзопланеты обитаемой зоны, связывая эти теоретические исследования с наблюдениями».
Исследование было опубликовано в .