< NASA сосредоточит усилия на исследованиях Луны и Марса

О трансмиссионном спектре теплого нептуна GJ 436 b

Ни один модельный спектр не может в полной мере описать трансмиссионный спектр планеты GJ 436 b, но лучше всего он описывается моделью атмосферы с полупрозрачной дымкой и содержанием тяжелых элементов, в 100-1000 раз превышающим солнечное значение.

---

Владислава Ананьева

Измерение зависимости глубины транзита от длины волны приходящего излучения, называемое еще трансмиссионной спектроскопией – важный метод изучения атмосфер транзитных экзопланет. Впервые этот метод был применен к транзитным горячим юпитерам: крупные размеры этих планет и большая шкала высот в их атмосферах облегчали получение их трансмиссионных спектров и позволили находить там натрий, калий, водяной пар и другие вещества. Однако трансмиссионная спектроскопия небольших планет (нептунов и суперземель) – несравненно более трудная задача. Из-за меньшего размера диска таких планет по сравнению со звездным диском и из-за малой шкалы высот в атмосфере, обусловленной сравнительно большой средней молекулярной массой атмосферных газов, трансмиссионные спектры получаются плоскими, с малым отношением сигнал/шум. Дополнительно осложняет дело наличие облаков и высотной дымки.

В случае прозрачной, свободной от облаков атмосферы планеты глубина транзита должна достигать минимума на волнах ~0.5 мкм. Для более коротких волн становится существенным рэлеевское рассеяние света, увеличивающее видимый радиус планеты в синих лучах. Для волн короче 0.9 мкм становится существенным поглощение в спектральных полосах различных молекул, также увеличивающих видимый радиус планеты. Напротив, наличие облаков или плотной дымки делает трансмиссионный спектр плоским (не зависящим от длины волны).

Для сравнительно горячих атмосфер важно поглощение в линиях газообразных натрия и калия. Отсутствие этих линий в спектрах более прохладных планет может говорить о конденсации этих элементов в облака из хлорида калия KCl или сульфата натрия Na₂S.

3 января 2018 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная трансмиссионной спектроскопии очень теплого нептуна GJ 436 b с помощью спектрографа STIS на «Хаббле». Эта планета была открыта в 2004 году методом измерения лучевых скоростей, а в 2007 году были обнаружены ее транзиты по диску своей звезды (тем самым GJ 436 b стал первым транзитным нептуном, известным людям). Масса планеты оценивается в 21.4 масс Земли (1.25 масс Нептуна), радиус – в 4.2 радиусов Земли (1.1 радиусов Нептуна).

Первые попытки получить трансмиссионный спектр GJ 436 b предпринимались еще в 2009 году. В первом приближении этот спектр является плоским, лишенным деталей, что исключает безоблачную водородную атмосферу. Сведения о химическом составе атмосферы противоречивы – одни авторы заявляли о наличии в ней метана и отсутствии углекислого и угарного газа, другие, напротив, утверждали об обилии угарного газа и недостатке метана. 

10 июня 2015 года и 14 июня 2016 года авторы статьи провели наблюдения транзитов GJ 436 b с помощью спектрографа STIS на «Хаббле». Наблюдения проводились в диапазоне 0.53-1.02 мкм, который был разбит на 10 спектральных каналов.

---