Экзопланета HD 189733b – красивая синяя точка в черном пространстве космоса – внешне очень похожа на Землю. Но на этом сходство двух миров и заканчивается.

HD 189733b – экзопланета, ярко-голубой газовый гигант в созвездии Лисички, по размерам сопоставим с Юпитером, обращается вокруг оранжевого карлика HD 189733A на расстоянии 63 световых лет от Солнца.

Планета была открыта на орбите звезды HD 189733A 5 октября 2005 года, когда астрономы во Франции наблюдали, как планета движется по диску звезды. Имея массу на 13% выше, чем у Юпитера, HD 189733b вращается вокруг родительской звезды каждые 2,2 дня с орбитальной скоростью 152.5км/с (341000 миль в час), что делает его горячим юпитером с плохими перспективами для внеземной жизни. Будучи ближайшим транзитным горячим юпитером к Земле, HD 189733b является предметом всестороннего изучения атмосферы.

Атмосфера HD 189733b была тщательно изучена с помощью приборов с высоким и низким разрешением, как с Земли, так и из космоса. HD 189733b была первой экзопланетой, для которой была построена карта температур, возможно, зафиксированная с помощью поляриметрии, для определения её общего цвета (ярко-голубой).

5 октября 2005 года группа астрономов объявила об открытии транзитной планеты HD 189733b. Затем планета была обнаружена с помощью доплеровской спектроскопии. Измерения радиальной скорости в реальном времени обнаружили эффект Росситера-Маклафлина, вызванный прохождением планеты перед её звездой, прежде чем фотометрические измерения подтвердили, что планета проходила по диску звезды.

В 2006 году группа, возглавляемая Дрейком Демингом, объявила об обнаружении сильного инфракрасного теплового излучения от транзитной экзопланеты HD 189733b путём измерения уменьшения потока излучения (уменьшения общего света) во время её вторичного затмения (когда планета проходит за звездой).

HD 189733b по массе и размерам немного превосходит Юпитер. При этом экзопланета – одна из самых горячих из известных, так как расстояние от HD 189733b до её звезды в 30 раз меньше, чем расстояние от Земли до Солнца. Планета принадлежит к классу так называемых горячих юпитеров – газовых гигантов, расположенных очень близко к центральной звезде системы. Из-за близости к родительской звезде на HD 189733b поддерживается температура до 930°С на светлой стороне, и не опускается ниже 425°С на тёмной.

Период обращения HD 189733b вокруг звезды составляет меньше двух с половиной дней. Вероятно, вращение этой планеты синхронизировано с её орбитальным движением – планета всегда повёрнута к звезде одной стороной.

В 2007 году, пользуясь данными телескопа «Хаббл», учёные обнаружили, что у HD 189733b есть туманная атмосфера. Когда планета находится между земным наблюдателем и звездой, её атмосфера приобретает красноватый оттенок. Причина этого – в дымке, находящейся в атмосфере. Что именно составляет этот туман – пока точно не известно, но, по предварительным оценкам, это должны быть крошечные пылинки (диаметром менее тысячной доли миллиметра) – частички железа, силикатов, оксида алюминия.

В конце 2007 года группа астрономов под руководством Светланы Бердюгиной из Цюрихского технологического университета, используя шведский 60-сантиметровый телескоп KVA, который расположен в Испании, смогла напрямую увидеть поляризованный свет, отражённый от этой планеты и при помощи дополнительных специальных фильтров изучить его.

Изучение характера поляризации показало, что размер атмосферы, которая отражает свет, более чем на 30% превышает диаметр самой планеты и, скорее всего, состоит из частиц размером менее половины микрона, например, атомов, молекул, крошечных частичек пыли или, возможно, водяного пара. Максимум поляризации наблюдается, когда звезда освещает ровно половину планеты (раз в двое суток).

Для HD 189733b впервые в истории исследования экзопланет удалось составить карту температур на поверхности. По инфракрасным наблюдениям космического телескопа «Спитцер» температура атмосферы планеты варьируется от 425 до 930°C. При этом самое горячее место на поверхности HD 189733b находится не в точке, указывающей точно на звезду, а смещено на 30 градусов восточнее. Это смещение говорит о постоянно дующем с запада на восток урагане в атмосфере этой планеты. Он и переносит тепловую энергию. Исследователи оценили его скорость приблизительно в 9600 км/час.

Изначально существовала гипотеза, что в атмосфере планеты должно быть много воды, однако цвета планеты обусловлены наличием в её атмосфере частичек силикатов, рассеивающих видимый свет в синей части спектра. После некоторых сомнений эти данные подтвердились: при помощи телескопа «Спитцер», который и открыл данную планету, удалось обнаружить пары́ воды в лучах света в тот момент, когда HD 189733b проходила перед своей звездой. При этом планета не может считаться обитаемой из-за слишком высокой температуры (средняя 727°C).

Однако существование воды на HD 189733b показывает возможность обнаружения воды и на других планетах, многие из которых могут быть гораздо более благоприятны для жизни. Также с помощью наземных телескопов были найдены следы метана в атмосфере, находящегося в особом «флуоресцентном» состоянии, испускающего электромагнитное излучение в ИК-диапазоне. Это состояние метана говорит о наличии в атмосфере HD 189733b какой-то активности, но её природу астрономам ещё предстоит установить.

Планетарная система, в которой расположена HD 189733b, довольно хорошо изучена земными и орбитальными телескопами, но впервые учёным удалось определить, как выглядит планета в оптическом диапазоне. Осуществить это удалось благодаря измерению альбедо планеты, то есть её отражающей способности в оптическом диапазоне.

При прохождении планеты сквозь диск звезды учёные зафиксировали снижение яркости всей системы в той части спектра, который соответствует видимому голубому цвету. При помощи телескопа HARPS удалось определить, что скорость ветра в атмосфере планеты составляет 2 км в секунду.

В 2008 году команда астрофизиков обнаружила видимый цвет планеты с помощью поляриметрии, что было первым таким успехом. Этот результат, похоже, был подтверждён и уточнён той же командой в 2011 году. Они обнаружили, что альбедо планеты значительно больше в синем свете, чем в красном, скорее всего, из-за рассеяния Рэлея и молекулярного поглощения в красном.

Синий цвет планеты был впоследствии подтверждён в 2013 году, что сделало HD 189733b первой экзопланетой, чей общий цвет был определён двумя различными методами. Эти измерения в поляризованном свете с тех пор были оспорены двумя отдельными группами, использующими более чувствительные поляриметры, с верхними пределами поляриметрического сигнала, предоставленного в них.

Синий цвет планеты может быть результатом рассеяния Рэлея. В середине января 2008 года спектральные наблюдения во время транзита планеты с использованием этой модели показали, что, если бы существовал молекулярный водород, его атмосферное давление составляло бы 410±30 мбар и равнялось 0,1564 солнечным радиусам.

Модель аппроксимации Ми также обнаружила, что в атмосфере планеты имеется возможный конденсат, силикат магния. Используя обе модели, температура планеты будет между 1340 и 1540 кельвинов. Эффект Рэлея подтверждается в других моделях и очевидным отсутствием более холодной затенённой стратосферы ниже её внешней атмосферы.

В видимом излучении спектра, благодаря их высоким сечениям поглощения, могут быть исследованы атомарный натрий и калий. Например, используя спектрограф UVES высокого разрешения на VLT, натрий был обнаружен в атмосфере, и были исследованы другие физические характеристики атмосферы, такие как температура.

Погода на HD 189733b смертельна. Ветры, состоящие из частиц силиката, дуют со скоростью 8700 км/час (5400 миль/час). Наблюдения за этой планетой также нашли доказательства того, что на этой планете идут дожди из расплавленного стекла.

Наблюдения с использованием космического телескопа Хаббл подтверждают присутствие водяного пара, нейтрального кислорода, а также органического соединения метана. Позже, наблюдения VLT также обнаружили присутствие угарного газа на дневной стороне планеты.

Исследование внесолнечных планет и по сей день остается сложной задачей. При наблюдении с Земли звезда и все планеты системы сливаются в одну точку (исключением являются системы с молодыми и горячими планетами на большом расстоянии от своей звезды). Однако и из характеристик этой одной-единственной световой точки можно извлечь много информации, если разложить ее свет в спектр и/или анализировать зависимость ее яркости от времени.

Экзопланеты поражают чрезвычайным разнообразием физических свойств. Например, планета HD 189733b имеет температуру верхней атмосферы 26000˚К! Этот очень и очень горячий «Юпитер» привлек к себе внимание специалистов и на некоторое время стал «звездой» среди экзопланет.

Вращение экзопланеты HD 189733b вокруг оранжевого карлика HD 189733 по орбите с радиусом всего в пять миллионов километров в начале исследований не сулило ничего исключительного. Известное расстояние до экзопланеты от звезды и известная интенсивность излучения позволило оценить ее температуру, которая равнялась 1227˚К. Но этот расчет был опровергнут спектральными измерениями Адама Дженсена из Уэслианского университета в США.

Оказалось, что температура верхней атмосферы экзопланеты HD 189733b светится в линии Hα, хорошо известной астрономам – она возникает при квантовом переходе электрона водорода с третьего на второй уровень. Это неопровержимое свидетельство нагрева внешней атмосферы планеты до 26000˚К, в то время как ее звезда, оранжевый карлик, имеет температуру всего 5000˚К. Получается, что HD 189733 даже холоднее нашего Солнца, желтого карлика, температура фотосферы которого порядка 6000˚К.

Экзопланета оказалась раскаленной, хотя расчеты разогрева за счет излучения оранжевого карлика (даже при нулевом альбедо, т. е. полагая, что атмосфера планеты ничего не отражает обратно в космос) должны были обеспечить всего 1700˚К! Следует искать иные возможности атмосферного нагрева и оценить их вклад.

Для сравнительного анализа обратимся к разнообразию планет Солнечной системы. Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, не говоря уже о далеком Плутоне – это холодные планеты. Марс тоже весьма холодный. На Земле средняя температура выше 0 градусов Цельсия, а реальная колеблется в пределах от -55 до +70ºC Это величины атмосферных температур на поверхности Земли, мы привыкли пользоваться шкалой Цельсия, да и приземные температуры в средних широтах часто колеблются вокруг нуля.

Но в относительно небольшой атмосфере Земли тоже происходят удивительные температурные изменения: от тропосферы в стратосферу, ионосферу и наконец в термосферу! Если в начале подъема температура падает в стратосфере, то потом в разреженных слоях ионосферы она возрастает, а в верхних слоях – в разреженной термосфере – температура достигает 1500˚К! Термосферу не назовешь воздухом – это ионизированная газовая среда, созданная жесткими высокочастотными ионизирующими излучениями Солнца! И у Земли есть огромная магнитосфера, управляющая заряженными частицами…

На Венере магнитосферы вообще нет, то есть у нее собственное поле отсутствует. Но у нашей «сестренки» мощная атмосфера с температурой у поверхности 750˚К (это 475ºC), а минимум атмосферной температуры (порядка 100ºC) достигается на высотах около 100 километров. Далее же температура растет в верхней атмосфере до 250˚К (-23ºC). Получается, что Венера горячее Меркурия (на нем температуры от -180 до +430ºC), и это несмотря на то, что из планет Солнечной системы он ближе всех к Солнцу! Именно поэтому в свое время на Венере выкипели все океаны – Солнце ионизировало воду и солнечный ветер унес ионы. И теперь сияющая Венера горяча и безжизненна!

А теперь вернемся к экзопланете HD 189733b – возможно, ее массивная атмосфера термически изолирована во внешних слоях, которые раскаляются, не отдавая свое тепло вглубь. Верхние же разогретые слои отдают свое тепло только в космос, испаряя материю и излучая энергию. Однако, по расчетам, получается, что звезда, вблизи которой стремительно обращается HD 189733b, завершит свою звездную жизнь раньше, чем испарит атмосферу своей ближайшей планеты!

Но эта небольшая звезда непрерывно генерирует мощные вспышки, так как у таких светил очень высокая звездная активность. Даже хромосферные извержения могут достигать планеты и раскалять ее атмосферу до невероятных температур. Как предполагают ученые, внутренние слои атмосферы экзопланеты должны быть изолированы от разогревающихся внешних слоев.

Конечно, требуется проверка сенсационных данных. Предыдущие данные в инфракрасной части спектра соответствуют температуре 1227˚С; обнаруженные в атмосфере следы воды и метана вообще не могли бы существовать при 26000˚К. Может быть, речь идет о высвечивании в массивной и толстой атмосфере экзопланеты хромосферных извержений близкой звезды, а более глубокие слои атмосферы существенно холоднее?

О природе HD 189733b автор Хитер Натсон (Гарвардский Астрофизический центр, США) говорит следующее: «как и для других найденных горячих «юпитеров», вращение экзопланеты синхронизовано с ее орбитальным движением. То есть планета всегда повернута к звезде одной стороной. Период же обращения равен 2.2 земных дня.»

По инфракрасным наблюдениям космического телескопа Спицера впервые составлены карты вариаций температуры на ее поверхности. Яркое пятно на стороне, обращенной к звезде, соответствует самому горячему месту на поверхности, причем оно находится не в точке, указывающей точно на звезду.

Это место смещено на 30 градусов восточнее. Это свидетельствует о мощных ветрах, которые влияют на распределение температуры, которая варьируется от 425 до 930˚С. Это смещение говорит о постоянно дующем с запада на восток урагане в атмосфере этой планеты. Он и переносит тепло, его скорость приблизительно в 9600 км/час.

Данную экзопланету исследуют довольно давно – еще в 2007 году ученые обнаружили по данным телескопа Хаббла, что в ее огромной атмосфере видны оптические эффекты рассвета и заката. Когда она находится между нами и своей звездой, то ее атмосфера становится красноватой, как и на Земле на закате. А все потому, что земная воздушная оболочка содержит пылевую компоненту, дымку, которая окрашивает закатное небо – значит, и в атмосфере экзопланеты тоже имеются микрочастицы пыли.

С помощью телескопа KVA в Испании астрономы, используя специальные фильтры, уловили поляризованный свет, отраженный самой экзопланетой. Размер отражающей свет атмосферы оказался на 30 процентов больше размеров планеты. Максимум поляризации наблюдается один раз за двое суток, когда звезда освещает ровно половину своего «детища».

Напомним, что в атмосфере экзопланеты обнаружены следы воды и метана. При помощи телескопа «Спитцер», который и обнаружил эту экзопланету, пары воды были выявлены в момент прохождения планеты перед своей звездой. Увы – HD 189733b наверняка необитаема, так как на ней слишком высока температура.

Впервые в истории астрономам удалось определить истинный цвет экзопланеты, обращающейся вокруг иной звезды. Эта планета, получившая астрономическое обозначение HD189733b, имеет ярко-голубой цвет, что может быть результатом присутствия силикатов в ее атмосфере.

«Измерение ее цвета является подлинным достижением - теперь мы можем представить себе, как выглядит эта планета, если бы нам удалось добраться до этой системы», – заявил профессор Фредерик Понт, астроном из университета Экзетера.

Ученым удалось измерить альбедо планеты, то есть ее отражающую способность в оптическом диапазоне. Светимость планеты невелика, и она расположена близко к своей звезде. Но при прохождении ее через диск звезды ученые зафиксировали падение яркости всей системы в той части спектра, который соответствует видимому голубому цвету.

Земля выглядит при взгляде с орбиты голубой планетой по той причине, что вода в земной атмосфере поглощает красные и зеленые световые волны сильнее, чем голубые.

Голубой цвет экзопланеты имеет другое объяснение – его причиной является не присутствие воды на планете, а то, что в ее атмосфере в изобилии присутствуют частицы силикатов, то есть минералов, содержащих кремний, которые отражают голубой цвет.

Планета принадлежит к классу так называемых горячих юпитеров – газовых гигантов, расположенных очень близко к центральной звезде системы.

Период обращения HD189733b вокруг звезды составляет меньше двух с половиной дней. Вероятно, вращение этой планеты синхронизировано с ее орбитальным движением планета всегда повернута к звезде одной стороной.

Планета HD 189733b, расположенная к своей звезде примерно в 30 раз ближе, чем Земля от Солнца, по массе и размерам немного превышающими наш Юпитер, оказалась жарче, чем считалось раньше. Температура атмосферы HD 189733b достигает 30000˚С.

Информация была получена в ходе наблюдения спутником «Хаббл » и спектрометром HARPS. Наблюдения проводились за облаками этой планеты. В ходе исследования ученые следили за разницей содержания натрия в облаках экзопланеты и окружающей среде (также немецкие учёные определили, что массивные сфероидные галактики стареют и умирают).

Так выяснилось, что условия на HD 189733b оказались хуже, чем предполагалось ранее. Ученые установили, что ветер, достигающий скорости 1000 км/с, перемещает газы ее оболочки, имеющие температуру до 30000˚С.

Экзопланеты, такие как HD 189733b, называют газовыми гигантами и относят к классу «горячих юпитеров». Именно очень малое расстояние между HD 189733b и ее центральной звездой делает невыносимыми условия на этой планете. Кроме того, излучение местного светила неспешно сдувает газовую оболочку с HD 189733b в космическое пространство.

В нашей системе газовые гиганты находятся далеко от звезды. По мнению ученых, Юпитер мог в далеком прошлом мигрировать ближе к Солнцу.