Впервые, атмосфера супер-Земли была проанализирована - но не делайте каких-либо планов на отпуск, чтобы ее посетить. Планета находится слишком близко к своей звезде (подвергаясь температуре в 3600 градусов по Фаренгейту или 2000 по Цельсию) и имеет атмосферу, состоящую в основном из водорода и гелия, подобно планетам - газовым гигантам.
Водород и гелий являются основными элементами в молодых Солнечных системах, т.к. это те элементы, из которых состоят молодые звезды. Обычно, небольшие планеты, как правило, теряют водород и гелий с течением времени в пространство, так их сила тяжести достаточно низка; легкие элементы улетучиваются благодаря излучению звезды, которая выталкивает их из атмосферы. Газовые гиганты могут удержать эти элементы в связи с их сильной гравитацией.
Иногда на малых планетах атмосфера из гелия или водорода замещается вторичной атмосферой, так как это произошло на Земле. Наша смесь азота, кислорода и углекислого газа, вероятно появилась из-за внутренних процессов (таких, как вулканизм) и эволюции растений.
"Мы не ожидали, что планета 55 Рака e сохранит большую часть своей первичной газовой атмосферы", -сообщил Discovery News по электронной почте после защиты докторской диссертации научный сотрудник Университетского колледжа Лондона Инго Вальдман, принимавший участие в исследовании. Вальдман отметил, что планета является единственной известной супер-Землей с такой высокой температурой, но астрономы думали, что она будет терять большую часть своей атмосферы в связи с интенсивным излучением своей родительской звезды. Почему она удерживает водород и гелий не понятно.
Астрономы имеют несколько измерений планетарных атмосфер за пределами Солнечной системы, но это газовые гиганты, которые легче обнаружить в телескопы. Когда большая планета проходит перед диском своей звезды, элементы, обнаруженные в телескопе, немного изменяются. Это изменение, как полагают, представляет собой атмосферу планеты.
Команда решила опробовать этот метод для меньшей планеты, но такой, которая находится на орбите яркой звезды, чтобы было легче отличить атмосферу планеты от элементов родительской звезды. Сильным кандидатом для этой работы является широкоугольная камера 3 (WFC3) космического телескопа Хаббла, которая была установлена астронавтами в 2009 году и, как правило, используется для отслеживания звезд или образования галактик.
"Камера WFC3 на Хаббле является очень чувствительным прибором, исходно не предназначенным для наблюдения ярких звезд, и прибор будет немного передерживать, как камера вашего сотового телефона, направленная в сторону Солнца", - сказал Вальдман. "В 2012 году была введен режим сканирования для решения этой проблемы. По существу мы теперь быстро перемещаем Хаббл вдоль пятна звезды и «размазываем» спектр по детектору. Это решает проблему передержки, но делает анализ данных очень сложным».
Дополнительной проблемой является близкое к звезде расстояние 55 Рака e. Она вращается вокруг звезды типа Солнца, которая удалена лишь на 40 световых лет от Земли. Поскольку звезда настолько яркая, сказал Вальдман, скорость сканирования должна быть намного быстрее, чем та, которая была использована ранее. Команда изучила ситуацию и разработала метод, который может извлечь жизнеспособный сигнал из данных, сигнал, который был достаточно сильным, чтобы обнаружить элементы в атмосфере маленькой планеты.
"Если мы смогли сделать это с помощью Хаббла, мы очень уверены, что сможем значительно улучшить измерения с будущими инструментами", - сказал Вальдман, указывая на будущий космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) и PLAnetary Transits and Oscillations звезд (PLATO) телескопы в качестве примеров. "Эти средства следующего поколения сделают поле экзопланетной спектроскопии широко открытым и позволят понять то, что на сегодняшний день мы не можем даже представить. Другими словами, мы действительно находимся на пороге переноса планетарной науки из нашей Солнечной системы в Галактику".
Вальдман говорит, что исследователи имеют два будущих направления исследований: чтобы смотреть на атмосфер супер-Земли в более широком смысле, а также делать последующие наблюдения 55 Рака е. Там, как представляется, есть намеки цианистого водорода в атмосфере, но чтобы подтвердить это понадобится телескоп, такой как JWST, который может наблюдать в диапазоне более длинных волн, чем Хаббл.
Исследование будет опубликовано в Astrophysical Journal, и теперь предварительно доступно на сайте публикаций Arxiv.