< Зонд "Дип Импакт" перестал выходить на связь

Высотная дымка в атмосфере очень теплого нептуна GJ 3470 b

Спектральные наблюдения планеты GJ 3470 b помогли ученым определить состав ее атмосферы и выяснить, что планета затянута тонкой высотной дымкой.

---

Владислава Ананьева

В конце августа в Архиве электронных препринтов появилось сразу две статьи, посвященные транзитному очень теплому нептуну GJ 3470 b. Первая из них, опубликованная группой американских астрономов под руководством Яна Кроссфилда (Ian J. M. Crossfield), была посвящена трансмиссионной спектроскопии этой планеты в диапазоне 2.09-2.36 мкм. Во второй, опубликованной итальянскими астрономами во главе с V. Nascimbeni, сравнивается глубина транзитов GJ 3470 b на волнах 357.5 нм (ближний ультрафиолетовый диапазон) и 963.5 нм (ближний инфракрасный диапазон). Обе работы существенно дополняют друг друга.

Планета GJ 3470 b была открыта в 2012 году методом измерения лучевых скоростей родительской звезды с помощью спектрографа HARPS. В том же году были обнаружены транзиты этой планеты по диску своей звезды. Знание одновременно массы, радиуса и средней плотности GJ 3470 b позволило получить существенные ограничения на ее состав и внутреннее строение.

На данный момент существуют следующие оценки параметров планеты GJ 3470 b: масса – 13.9 ± 1.5 масс Земли, радиус – 4.83 ± 0.21 радиусов Земли, средняя плотность – 0.72 ± 0.13 г/куб.см. Планета вращается вокруг своей звезды – красного карлика спектрального класса M1.5 V – по близкой к круговой орбите на расстоянии 0.036 а.е. (~14.2 звездных радиусов), и делает один оборот за 3.3367 земных суток. Эффективная температура планеты составляет 600-800К. Предполагается, что GJ 3470 b окружена протяженной водородно-гелиевой атмосферой, чья масса достигает ~10% полной массы планеты.

Что же нового о GJ 3470 b удалось узнать спектральными методами?

Группа Кроссфилда проводила наблюдения на телескопе Кек I с помощью спектрографа MOSFIRE. По их данным, трансмиссионный спектр (зависимость глубины транзита от длины волны) планеты GJ 3470 b в диапазоне 2.09-2.36 мкм в пределах погрешностей измерений оказался плоским. Это исключает лишенную облаков атмосферу солнечного химического состава с достоверностью 5.4 сигма. Также была практически исключена атмосфера солнечного химического состава, в 50 раз обогащенная тяжелыми элементами (с достоверностью 3.8 сигма). Авторы статьи приходят к выводу, что либо в атмосфере GJ 3470 b есть плотная высотная дымка неизвестного состава, либо атмосфера состоит из достаточно тяжелых газов (например, из водяного пара), что приводит к ее малой эффективной высоте. 

Тем самым, повторилась история с планетой GJ 1214 b, также имеющей плоский трансмиссионный спектр, который уже давно пытаются объяснить с помощью двух конкурирующих гипотез – атмосферы из водяного пара или водородно-гелиевой атмосферы с оптически толстой дымкой.

Однако, в отличии от планеты GJ 1214 b, чья средняя плотность составляет 1.6 ± 0.6 г/куб.см, планета GJ 3470 b имеет гораздо более низкую среднюю плотность, что ограничивает сверху содержание в ее составе тяжелых элементов. По расчетам авторов статьи, средняя молекулярная масса ее атмосферы не может превышать ~9 (т.е. обогащение атмосферы тяжелыми элементами относительно солнечного значения не может превышать ~200). Отсутствие в спектре планеты следов метана, имеющего в области 2.1-2.4 сильные полосы поглощения, говорит о возможных фотохимических процессах в атмосфере GJ 3470 b, приводящих к разрушению метана и появлению углеводородной (толиновой?) дымки, аналогичной дымке в атмосферах Сатурна и Титана.

---