«Хаббл» разглядел стремительно исчезающий горячий нептун
С помощью телескопа «Хаббл» ученые подтвердили гипотезу о быстротечности жизни жарких экзопланет среднего размера. Группа исследователей обнаружила новую экзопланету размером с Нептун, которая невероятно быстро теряет свою массу. Кратко об исследовании рассказывается на сайте телескопа «Хаббл». Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
До недавнего времени ученые сталкивались с необъяснимой тенденцией: экзопланеты, которые вращаются в непосредственной близости от своей звезды, имеют странный разброс по размерам. Тут попадаются либо планеты размером с Юпитер, либо суперземли, радиус которых не превышал 1,5 земного. Планеты же среднего размера, нептуноподобные, встречаются только на относительном удалении от светила. Это позволяет предполагать, что такие планеты существовали, в разных системах, но уже по каким-то причинам исчезли. Одной из задач в области изучения экзопланет до недавнего времени было доказательство или опровержение этого предположения.
Несколько лет назад астрономы при помощи телескопа «Хаббл» зафиксировали, что один из самых теплых из известных нептунов (GJ 436b) теряет свою атмосферу. Однако это происходит не с той скоростью, чтобы в короткие по астрономическим меркам планета исчезла (срок ее жизни оценивается в 400 миллионов лет). Теперь же ученые обнаружили и исследовали другой горячий нептун, GJ 3470b, который теряет массу со скоростью в 100 раз большей, чем его предшественник GJ 436b. Обе планеты находятся очень близко к своим звездам, на расстоянии около шести миллионов — это одна десятая расстояния между Меркурием и Солнцем.
Как и в случае ранее обнаруженного GJ 436b, интенсивное излучение звезды нагревает атмосферу планеты GJ 3470b до точки, в которой она преодолевает гравитационное притяжение, атмосфера раздувается и «стекает» с планеты. Вследствие этого вокруг планеты образуется гигантское каплевидное облако, которое со временем рассеивается в космосе. Одна из причин, по которой GJ 3470b испаряется в разы быстрее, чем GJ 436b, заключается в том, что его плотность значительно меньше, поэтому его атмосфера гравитационно гораздо менее стабильна.
Более того, звезде, в системе которой находится GJ 3470b, всего два миллиарда лет, в отличие от звезды, вокруг которой вращается планета GJ 436b — ей, по разным оценкам, от четырех до восьми миллиардов лет. Молодая звезда более активна, поэтому она бомбардирует планету более сильной радиацией, чем получает GJ 436b.
Ученые изучили плотностные характеристики GJ 3470b и сделали вывод, что его атмосфера может быть богата водородом и гелием. Для подтверждения этого предположения астрономы использовали спектрограф «Хаббла», чтобы обнаружить ультрафиолетовое излучение водорода. В результате исследователи обнаружили, что в период прохождения планетой отрезка орбиты, наиболее приближенного к звезде (перигей), ее оболочка начинает растягиваться, формируется шлейф длиной в несколько миллионов километров.
По оценкам авторов статьи, планета таким образом потеряла целых 35 процентов своего материала за время своего существования, к тому же она, вероятно, теряла массу еще быстрее, когда ее звезда была моложе и излучала сильнее. Если планета продолжит быстро терять массу, она сократится до мининептуна через несколько миллиардов лет (мининептуны характеризуются плотной атмосферой, а их радиус обычно не более чем в два раза превышает земной).
Водород, вероятно, не единственный элемент, подвергающийся «утечке». Исследователи планируют использовать «Хаббл» для поиска элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, которые могли покинуть планету вместе с водородом. «Мы считаем, что водород может притягивать из нижней атмосферы и более тяжелые элементы, такие как углерод», — говорит руководитель исследования Винсент Бурье.
Обнаружение нового горячего нептуна пока подтверждает гипотезу о том, что жизнь горячих экзопланет среднего размера очень быстротечна. Теряя большую часть своей массы, они становятся мининептунами, после чего могут уменьшиться еще больше, чтобы стать суперземлями. Наблюдение за двумя горячими нептунами оправдало прогнозы и предположения ученых, но авторы отмечают, что у продолжения этого исследования туманные перспективы. Они ограничены прежде всего невозможностью применить метод ультрафиолетового сканирования водорода в атмосфере экзопланет на расстояниях более 150 световых лет. При этом обнаружение горячего нептуна — настолько редкое событие, что ученые не уверены, существуют ли еще такие планеты в непосредственной близости от Солнечной системы.
Недавно в атмосфере одной из экзопланет впервые обнаружили гелий. Авторы отмечают, что это открытие может расширить спектр изучения экзопланет и, возможно, поможет найти новые горячие нептуны.
Пётр Кузнеченко
Чем астрономов привлекает это событие и как его наблюдать
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора
27 августа Сатурн выстроится примерно в одну линию с Землей и Солнцем. В астрономии этот момент называют противостоянием или оппозицией. За счет своего расположения в космическом пространстве окольцованная планета достигнет максимальной яркости и угловых размеров для земных наблюдателей. Это лучшее время, чтобы наблюдать Сатурн в телескоп или зрительную трубу. Александр Смирнов, автор YouTube-канала Astro Channel, рассказывает, почему не стоит пропускать это событие и как начинающим астрономам к нему подготовиться. Противостояние бывает только у Сатурна? Нет, оно случается у всех внешних планет — Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Реже всего противостояние происходит у красной планеты — раз в 780 дней. Однако именно оппозиция Марса самая красочная: из невзрачной красноватой точки он превращается в заметный объект. Его яркость может меняться от 1 до −2 звездной величины — планета почти так же хорошо видна на небе, как Сириус и Юпитер. Еще раз в 15 лет случаются Великие противостояния — в это время Марс находится ближе всего к Земле. У остальных внешних планет противостояния менее выражены и происходят чаще: раз в 12-13 месяцев. Но у окольцованной планеты оно особенное. Чем интересен Сатурн? В момент противостояния кольца Сатурна становятся заметно ярче. Дело в том, что они не монолитны, а состоят из фрагментов льда и пыли: в обычном состоянии кольца отбрасывают друг на друга тени — это влияет на общую яркость. В момент противостояния тени направлены строго от наблюдателя, поэтому частицы колец друг друга не затмевают и суммарный блеск становится больше. Выражен этот эффект в течение недели-двух до и после противостояния. Затем яркость колец снова уменьшается. Наблюдая Сатурн в течение месяца после 27 августа, можно заметить плавное снижение яркости. Кстати, не каждый раз кольца Сатурна одинаково красивы. Дважды за сатурнианский год — примерно раз в 13-15 лет — они совсем исчезают. Это случается из-за того, что ось вращения Сатурна наклонена к его орбите на 27 градусов. И вблизи сатурнианских равноденствий для земных наблюдателей тонкие кольца (шириной около 1 км) видны с ребра. В этом году кольца у́же, чем в прошлом. А в марте 2025 года они практически исчезнут. К сожалению, увидеть это будет крайне сложно, поскольку Сатурн в это время окажется вблизи Солнца для земных наблюдателей — и будет слишком светло, чтобы что-то разглядеть. Какая техника понадобится? Чтобы разглядывать Сатурн в деталях, нужно вооружиться зрительной трубой или телескопом. Увидеть кольца можно при увеличении от 30 крат и выше, поэтому в большинстве случаев бинокли не подходят для таких наблюдений — у них фиксированное увеличение и, как правило, не более 20 крат. При 100-кратном увеличении на Сатурне можно различить облачные пояса, а также увидеть не только кольца, но и щель Кассини между ними. Рядом будет заметен еще и спутник планеты — Титан. Самый важный параметр для подбора телескопа — диаметр объектива. Чем он больше, тем больше света соберет, а также лучше его разрешающая способность и увеличение. При наблюдениях с помощью зрительной трубы пригодится штатив — позволит избежать сильной тряски изображения. Конечно, картинка будет не столь детализирована, как на снимках с космических аппаратов и астрокамер. Но мой опыт говорит, что Сатурн — одна из самых впечатляющих планет. Особенно если это ваше первое наблюдение. Чтобы разглядеть планету как следует, ее можно заснять. Профессиональные фотографы используют астрокамеры, увеличивают фокусное расстояние с помощью линзы Барлоу и специальным корректором минимизируют влияние атмосферной дисперсии. Причем они делают не фото, а видео — из ролика можно извлечь несколько максимально четких кадров. Лучшие из них складывают, обрабатывают, и на выходе получают детальную фотографию — наподобие тех, что можно найти на просторах интернета. Любители, у которых нет дорогостоящего оборудования, могут попробовать заснять планету на смартфон — для этого нужно подставить объектив к окуляру телескопа и сделать фотографию. Чтобы планета на картинке не была пересвечена, можно использовать профессиональный режим и самостоятельно подобрать чувствительность и экспозицию. Кроме того, можно попробовать снять видеоролик и обработать его по алгоритму профессиональных фотографов. Обрезать и центрировать объект в кадре в программе PIPP, выровнять и сложить лучшие кадры — в Autostakkert 3. А финальную обработку для увеличения четкости сделать в Registax 6. Нужно ли куда-то ехать? С наблюдением Сатурна справятся даже новички. Он довольно яркий, поэтому его без проблем можно наблюдать в городе, выезжать за пределы не обязательно. Хотя созерцать звездное небо вдали от засветки намного приятнее. Главная проблема, с которой мы можем столкнуться при наблюдении планет, — это атмосфера Земли. Часто она нестабильна: потоки теплого воздуха, испарение и туман могут размывать изображение. Универсального инструмента для борьбы с дрожанием картинки нет. Иногда помогает просто подождать. Во-первых, телескоп или зрительная труба, выставленные на улицу, спустя некоторое время примут температуру окружающего воздуха, а это большой плюс для качества изображения. Во-вторых, в течение ночи состояние атмосферы может меняться несколько раз, и поймать «спокойные» минуты вполне возможно. В-третьих, есть старое астрономическое правило — чем больше смотришь, тем больше видишь. Глазам нужна тренировка, как в спортзале: сделали подход к окуляру, понаблюдали, отдохнули. Потом с новыми силами опять смотрим. Спустя некоторое время вы поймете, что уже различаете больше деталей, чем при первом взгляде. Кроме того, для наблюдения планет может быть полезным оптический прибор — корректор атмосферной дисперсии. Благодаря ему края изображения не будут окрашиваться в сине-желтые цвета. Как найти Сатурн на небе? Если вы ориентируетесь по звездному небу, то без проблем отыщете Сатурн. В этом году он находится в созвездии Водолея. В момент противостояния (примерно в час ночи по местному времени) он займет наивысшую точку над южной стороной неба. Безусловно, можно перепутать Сатурн с Юпитером — в это же время он будет сиять высоко на востоке. Если боитесь ошибиться, воспользуйтесь компьютерными планетариями для подстраховки. Самый популярный и при этом бесплатный — Stellarium. Для смартфонов также существуют приложения StarWalk 2 и SkySafari. А для мониторинга погоды можно воспользоваться сервисом Windy. Что еще понаблюдать? Вблизи Сатурна на небе будет светить яркая луна — сейчас она стремится к полнолунию. В телескоп можно разглядывать поверхность спутника. Из ярких планет поблизости с Сатурном будет Юпитер. Помимо облачных поясов, рядом с ним можно будет увидеть четыре галилеевых спутника — Ио, Европу, Каллисто и Ганимеда. Ранним утром будет восходить недавно открытая комета C/2023 P1 (Nishimura). В середине сентября, если она переживет сближение с Солнцем, будет хорошо видна на небе. Но точных прогнозов для нее сейчас нет. Ведь кометы — одни из самых непредсказуемых объектов в Солнечной системе.
