Учёные нашли первые свидетельства наличия органических соединений на поверхности внесолнечных планет. В спектре планеты, находящейся от нас на расстоянии в 63 световых года, найдены чёткие следы метана — главного компонента природного газа. Кроме того, учёные окончательно подтвердили, что в атмосфере планеты есть и вода.
Органические молекулы на основе углерода были впервые замечены в космосе уже в начале второй половины XX века, когда астрономы вплотную занялись исследованиями неба с помощью радиотелескопов. К настоящему времени в облаках межзвёздного газа найдены довольно сложные молекулы, состоящие из десятков атомов, а кое-где — даже компоненты простейших аминокислот, из которых состоят все белки известной нашей науке жизни.
Тем не менее, вся известная науке жизнь обитает только на планете под названием Земля. Следы же органических соединений были найдены и на других телах Солнечной системы, в том числе в атмосферах планет-гигантов. На их спутниках учёным удалось разглядеть и огромные залежи углеводородов — в первую очередь, простейшего из них, метана — как в твёрдой, так и в жидкой форме. Например, считается, что на крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — присутствуют метановые моря, озёра и реки, а на его поверхности и в атмосфере даже действует целый метановый цикл, подобный круговороту воды на Земле. Метан — мощнейший парниковый газ, что позволяет поддерживать на Титане относительно высокие температуры.
Однако увидеть органические молекулы до сих пор не удавалось ни на одной из планет вне Солнечной системы, которых известно уже около трех сотен.
Астрономам Марку Суэйну, Готаму Васишту из Лаборатории реактивного движения при Калифорнийском технологическом институте (Калтехе) и Джованне Тинетти из Университетского колледжа Лондона удалось найти следы метана в спектре планеты HD 189733b, находящейся в 63 световых годах от нас в направлении созвездия Лисички. Их работа принята к публикации в Nature.
Вновь открытые у других звёзд планеты астрономы называют не слишком романтично – к имени звезды приписываются по очереди строчные буквы латинского алфавита, начиная с «b». Буква «a» зарезервирована для самой звезды, а заглавные буквы обозначают компоненты кратных звёздных систем.
Например, ближайшая к нам звезда «альфа» Центравра, или Толиман, на самом деле является тройной системой, и если у её главной компоненты обнаружатся планеты, они получат названия «альфа» Центавра Ab, «альфа» Центавра Ac (Толиман Ab, Толиман Ac) и так далее. Пока планеты известны лишь у одной из компонент кратной звёздной системы, соответствующую заглавную букву обычно опускают («альфа» Центавра b, «альфа» Центавра c и так далее).
Благодаря удачному расположению плоскости орбиты, этот «горячий юпитер» регулярно проходит по диску звезды, частично затмевая её примерно на час. Глубина затмений составляет 2,5%, и именно поэтому планета и была обнаружена.
Американцы воспользовались спектрографом Космического телескопа имени Хаббла ближнего инфракрасного диапазона (NICMOS), пронаблюдав одно из таких затмений 25 мая прошлого года. Учёные настроили инструмент на получение спектров в диапазоне от 1,4 до 2,5 микрон: излучение с такой длиной волны активно поглощают молекулы воды, метана и многих других газов, образуя характерные полосы в спектре. Например, до поверхности Земли из-за той же самой воды (а также углекислого газа) это излучение почти не доходит, поэтому учёным и пришлось воспользоваться космическим телескопом.
Увидеть звезду и планету по отдельности мы пока не можем — слишком они далеки и слишком малы наши телескопы. Тем не менее, когда планета вступает на диск звезды, часть света последней проходит через атмосферу планеты. Из-за этого полное количество света той длины волны, что поглощают газы, составляющие атмосферу планеты, уменьшается, и в спектре возникает слабая линия, а в данном случае — широкая полоса — поглощения. Конечно, всевозможных линий в спектре любой звезды много, и чтобы выделить вклад от атмосферы планеты, учёные сравнивают спектры, полученные во время затмения и между затмениями. На этом принципе и основаны все исследования химического состава таких «транзитных» планет.
Получив и обработав спектр, учёные начали подбирать модели, наилучшим образом его описывающие. Вклад молекул водорода H2, который составляет большую часть атмосферы, на этих длинах волн невелик, поэтому основными компонентами являются другие простейшие соединения самых распространённых элементов — водорода, углерода и кислорода. В первую очередь, это вода, метан и угарный газ — H2O, CH4 и CO.
Следы воды здесь уже были найдены. В июле в Nature появилась статья той же Тинетти, в которой показывалось, что наличие паров воды лучше всего объясняет соотношение поглощения света атмосферой планеты в разных фильтрах — грубо говоря, изменение «цвета» звезды при прохождении по её диску планеты; правда, речь идёт об «инфракрасном цвете».
Азот N2 - 78,08%
Кислород O2 - 20,95%
Аргон Ar - 0,934%
Углекислый газ CO2 - 0,035% (в среднем)
Неон Ne - 0,00182%
Гелий He - 0,000524%
Метан CH4 - 0,000175%
Криптон Kr - 0,000114%
Водород H2 - 0,000055%
Добавление ещё примерно 0,001% аммиака слегка улучшает согласие модели с наблюдениями, однако не настолько, чтобы учёные могли точно утверждать, что он там есть. А вот насчёт метана астрономы уверены, и это первый раз, когда молекула на основе углерода, являющегося основой белковой жизни, нашлась на далёкой планете.
Самое удивительное, считают астрономы, что им не удалось увидеть следов угарного газа — CO.
Суэйну, Васишту и Тинетти не удалось обнаружить каких-либо признаков аэрозолей в атмосфере HD 189733b, хотя прежде сообщалось, что доказательства наличия «дымки» в атмосфере получены швейцарскими учёными под руководством Фредерика Понта.
Как полагают авторы статьи в Nature, дело в том, что они изучали инфракрасную область спектра, в то время как швейцарцы работали в более коротковолновом оптическом диапазоне. Присутствие следов аэрозолей в оптике и отсутствие в ближнем инфракрасном диапазоне заставляет полагать, что частицы «тумана» - достаточно маленькие.
Небольшой размер частиц аэрозоля следует и из работы Светланы Бердюгиной и её коллег, которым впервые удалось зарегистрировать отражённый внесолнечной планетой свет, однако детального исследования, которое могло бы на основании имеющихся спектральных, фотометрических и поляризационных данных установить размер и, возможно, химический состав «дымки», пока нет.
Учёные указывают, в частности, на процессы фоторасщепления молекул. Причём угарного газа и метана: планета обращается вокруг относительно холодной звезды, испускающей мало ультрафиолетового излучения, способного разрушать достаточно крепкие связи C-O и C-H. Тем не менее, они могут разрушать присутствующие в атмосфере в меньших количествах более сложные соединения с кислородом, азотом или серой; продукты таких фотолитических реакций могут уже, в свою очередь, разрушать CO и одновременно катализировать появление метана.
