После длительного наблюдения группе ученых впервые удалось найти явные следы воды на относительно небольшой планете. В атмосфере планеты под кодовым названием HAT-P-11b размером с Нептун найдены обширные запасы водяного пара и водорода.
С помощью ряда телескопов, в числе которых Хаббл (Hubble Space Telescope), Спитцер (Spitzer Space Telescope) и Кеплер (Kepler spacecraft), были получены спектрографические данные планеты во время ее прохода по диску звезды. Эти данные позволяют ученым судить о составе атмосферы планеты.
Экзопланеты с водой в атмосфере уже были найдены, однако большинство из них является газовыми гигантами большими в размерах чем Юпитер. HAT-P-11b отличается от них гораздо меньшим размером. Эта находка открывает дорогу к поиску воды на меньших планетах, размером с Землю.
Облака
Самую большую проблему при точном определении наличия определенных молекул в атмосфере экзопланет составляют облака. Толстый слой атмосферы поглощает свет, который мог бы пройти через атмосферу и достигнуть Земли. А ученым необходимо анализировать спектр проходящего света, чтобы определить состав атмосферы.
Во время прохождения света через облака, водяной пар (или другие молекулы в атмосфере) поглощают определенные длины волн. Это приводит к появлению темных пятен в спектре, который отсутствуют при анализе спектра напрямую с звезды. Путем сравнения спектра от звезды и спектра, прошедшего через атмосферу экзопланеты, ученые могут делать выводы о том, какие молекулы в атмосфере содержатся.
Планеты HAT-P-11b стала первой планетой такого типа, анализу атмосферы которой не помешали облака. Поэтому можно с определенной уверенностью говорить о том, что обнаружен водяной пар.
Это обнадеживает. После череды экзопланет, атмосферный состав которых не удалось определить, метод показал свою работоспособность. В будущем это позволит более точно определять состав атмосферы находимых экзопланет.
Солнечные пятна
Другим препятствие в поисках воды в атмосфере экзопланет являются солнечные пятна звезды. В некоторых случаях, наличие солнечных пятен на звезде может приводить к ложным срабатываниям анализатора, выливающиеся в ошибочные предположения о наличии воды. При анализе HAT-P-11 ученые смогли исключить этот фактор при анализе. На планету в одно и то же время были направлены два телескопа, которые исследовали различные длины волн. С помощью данного подхода удалось изолировать активность солнечных пятен и определить такие их температуры, при которых они не смогут показать водяной пар в атмосфере HAT-P-11b.
После исключения влияния солнечных пятен на спектральные линии, стало понятно, что атмосфера HAT-P-11b содержит водяной пар. Кроме того, в атмосфере был обнаружен водород и ряд более тяжелых элементов.
Новое поколение
Одним из ключевых инструментов, использованных в этом исследовании, стала широкоугольная камера 3 (Wide Field Camera 3 - WFC3), специальный инструмент, установленный на Хаббл во время сервисных операций в 2009 году.
WFC3 позволяет делать измерения с удивительной точностью, давая нам намек на будущие достижения космического телескопостроения. Американцы планируют в 2018 году заменить Хаббл телескопом Джеймса Веба (James Webb Telescope). В дополнении к точным инструментам типа WFC3, он будет иметь зеркало больших размеров, позволяющих анализировать сигналы источников более далеких, чем HAT-P-11B. В свою очередь это позволит обследовать планеты меньших размеров (если конечно не будет облаков).
Изучение атмосфер экзопланет дает нам пищу для размышления и изучения механизмов образования и развития планет. Сегодняшние модели в основном основаны на анализе масс и размеров, но такой анализ не позволяет судить о составе таких планет. Путем изучения атмосферы, ученые могут получить информацию о внутренней структуре. И уже такая информация позволяет строить теории о механизмах формирования нептуноподобных планет.