Но одного размера недостаточно, чтобы судить о глобусе. Хотя Земля и Венера почти идентичны по размеру, поверхность последней достаточно горячая, чтобы плавить свинец. Астрономы должны собирать информацию об атмосфере экзопланеты, часто наблюдая, как планета рассеивает или поглощает свет от своей родительской звезды.
Но эта информация не всегда полезна — как в случае с экзопланетой GJ1214b.«Когда экзопланета проходит перед своей звездой, свет на некоторых длинах волн может поглощаться молекулами в атмосфере, что мы можем проанализировать, посмотрев, как свет проходит через атмосферу планеты», — сказал Бенджамин Чарней, научный сотрудник Университета.
Департамента астрономии Вашингтона. «Но для этой планеты, когда исследователи ранее смотрели с помощью космического телескопа Хаббла, они почти не видели изменений в длине волны света».Этот «плоский спектр» для GJ1214b указывает на то, что что-то в верхних слоях атмосферы планеты блокирует свет, удерживая ученых в неведении относительно ее атмосферы. Чарней решил с помощью вычислений смоделировать, какой могла бы быть его атмосфера, основываясь на температуре и составе планеты. В процессе, как он сообщает в новой статье в Astrophysical Journal Letters, он и его сотрудники стали первыми, кто смоделировал трехмерные экзотические облака в атмосфере другого мира.
«Это важный шаг в характеристике экзопланет», — сказал Чарней.GJ1214b была одной из первых обнаруженных экзопланет "мини-Нептун", которые по размеру занимают промежуточное положение между Землей и Нептуном.
Это самые маленькие экзопланеты, которые можно изучать с помощью существующих технологий, и GJ1412b находится в идеальном положении.«Большинство других мини-Нептунов, которые были обнаружены на орбите звезд на расстоянии от 100 до 1000 световых лет от нас», — сказал Чарней. «GJ1214b находится довольно близко к Земле, всего в 42 световых годах от нас, и обращается вокруг своей звезды всего за 1,6 дня».
Эта быстрая орбита дала ученым возможность записать плоский спектр экзопланеты, исключив атмосферу из простого водорода, воды, углекислого газа или метана. Вместо этого что-то высоко в атмосфере блокировало проникновение света дальше вниз.«В атмосфере могут быть высокие облака или органическая дымка — как мы видим на Титане», — сказал Чарней.
Его атмосферная температура превышает температуру кипения воды. В результате, если бы у GJ1214b были облака, они, вероятно, были бы какой-то формой соли, сказал Чарне. Но такие облака должны образовываться глубоко в атмосфере, намного ниже той высоты, на которой они наблюдаются.
Чарней смоделировал, как облака могут образовываться в нижних слоях атмосферы, а затем подниматься в верхние слои атмосферы с достаточной циркуляцией.Для этого Чарне использовал климатическую модель, разработанную его бывшей исследовательской группой в Париже. Ранее он использовал эту модель для изучения Титана и ранней Земли и адаптировал ее для GJ1214b.Чарней запустил свою трехмерную модель облака на суперкомпьютере Hyak в UW.
Он показывает, как GJ1214b может создавать, поддерживать и поднимать соляные облака в верхние слои атмосферы, где они будут вносить вклад в плоский спектр планеты, обнаруженный Хабблом. Его модель также дает конкретные прогнозы о влиянии этих облаков на климат планеты и о типах информации, которую будущие телескопы, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, смогут собирать.
Затем Чарней хотел бы смоделировать другую потенциальную причину плоского спектра экзопланеты: фотохимическую дымку, которая придает Титану окутанную оранжевой атмосферой, а Лос-Анджелесу — устойчивый купол из загрязненного воздуха.«Свет расщепляет химические вещества в атмосфере, создавая более сложные органические соединения, которые создают дымку», — сказал Чарней.
Чарнею придется подождать запуска космического телескопа Джеймса Уэбба в конце этого десятилетия, чтобы выяснить, какая теория — облака или дымка — дает GJ1214b плоский спектр. Между тем, в дополнение к его поискам по моделированию дымки на этой экзопланете, Чарней хотел бы смоделировать, какой была атмосфера на Земле до появления жизни.
«Такие миры, как Титан и эта экзопланета, обладают сложной атмосферной химией, которая может быть ближе к тому, на что была похожа атмосфера ранней Земли», — сказал Чарней. «Мы можем многое узнать о том, как образуются планетные атмосферы, подобные нашей, глядя на них».Соавторами статьи Чарнея являются профессор астрономии из Университета штата Вашингтон Виктория Медоуз, недавний аспирант по астрономии из Университета штата Вашингтон Амит Мисра, аспирант по астрономии из Университета штата Вашингтон Джада Арни и исследователь из Университета Торонто Джереми Леконте.
Их работа финансировалась НАСА и Лабораторией виртуальных планет UW.