12.02.2008
Следы метана впервые обнаружены вне солнечной системы

Ученые нашли первые свидетельства наличия органических соединений на поверхности внесолнечных планет. В спектре планеты, находящейся от нас на расстоянии в 63 световых года, найдены четкие следы метана – главного компонента природного газа. Кроме того, ученые окончательно подтвердили, что в атмосфере планеты есть и вода.

Органические молекулы на основе углерода были впервые замечены в космосе уже в начале второй половины XX века, когда астрономы вплотную занялись исследованиями неба с помощью радиотелескопов. К настоящему времени в облаках межзвездного газа найдены довольно сложные молекулы, состоящие из десятков атомов, а кое-где – даже компоненты простейших аминокислот, из которых состоят все белки известной нашей науке жизни.

Тем не менее, вся известная науке жизнь обитает только на планете под названием Земля. Следы же органических соединений были найдены и на других телах Солнечной системы, в том числе в атмосферах планет-гигантов. На их спутниках ученым удалось разглядеть и огромные залежи углеводородов – в первую очередь, простейшего из них, метана – как в твердой, так и в жидкой форме. Например, считается, что на крупнейшем спутнике Сатурна – Титане – присутствуют титановые море, озера и реки, а на его поверхности и в атмосфере даже действует целый метановый цикл, подобный круговороту воды на Земле. Метан – мощнейший парниковый газ, что позволяет поддерживать на Титане относительно высокие температуры.

Однако увидеть органические молекулы до сих пор не удавалось ни на одной из планет вне Солнечной системы, которых известно уже около трех сотен. Астрономам Марку Суэйну, Готаму Васишту из Лаборатории реактивного движения при Калифорнийском технологическом институте (Калтехе) и Джованне Тинетти из Университетского колледжа Лондона удалось найти следы метана в спектре планеты HD 189733b, находящейся в 63 световых годах от нас в направлении созвездия Лисички. Их работа принята к публикации в Nature.

HD 189733b относится к числу «горячих юпитеров» – массивных планет, обращающихся на небольшом расстоянии от своих звезд. Сама HD 189733b почти в 30 раз ближе к своему центральному светилу (собственно, HD 189733), чем Земля к Солнцу. Средняя температура такой планеты превышает 700 градусов по Цельсию, однако распределена она весьма неравномерно, поскольку планета должна быть все время повернута к своей звезде одной и той же стороной. Это, впрочем, не исключает наличия сильных ветров и активного перемешивания атмосферы.

Благодаря удачному расположению плоскости орбиты, этот «горячий юпитер» регулярно проходит по диску звезды, частично затмевая ее примерно на час. Глубина затмений составляет 2,5%, и именно поэтому планета и была обнаружена.

Американцы воспользовались спектрографом Космического телескопа имени Хаббла ближнего инфракрасного диапазона (NICMOS), пронаблюдав одно из таких затмений 25 мая прошлого года. Ученые настроили инструмент на получение спектров в диапазоне от 1,4 до 2,5 микрон: излучение с такой длиной волны активно поглощают молекулы воды, метана и многих других газов, образуя характерные полосы в спектре. Например, до поверхности Земли из-за той же самой воды (а также углекислого газа) это излучение почти не доходит, поэтому ученым и пришлось воспользоваться космическим телескопом.

Увидеть звезду и планету по отдельности мы пока не можем – слишком они далеки и слишком малы наши телескопы. Тем не менее, когда планета вступает на диск звезды, часть света последней проходит через атмосферу планеты. Из-за этого полное количество света той длины волны, что поглощают газы, составляющие атмосферу планеты, уменьшается, и в спектре возникает слабая линия, а в данном случае – широкая полоса – поглощения. Конечно, всевозможных линий в спектре любой звезды много, и чтобы выделить вклад от атмосферы планеты, ученые сравнивают спектры, полученные во время затмения и между затмениями. На этом принципе и основаны все исследования химического состава таких «транзитных» планет.

Получив и обработав спектр, ученые начали подбирать модели, наилучшим образом его описывающие. Вклад молекул водорода H2, который составляет большую часть атмосферы, на этих длинах волн невелик, поэтому основными компонентами являются другие простейшие соединения самых распространенных элементов – водорода, углерода и кислорода. В первую очередь, это вода, метан и угарный газ – H2O, CH4 и CO.

Следы воды здесь уже были найдены. В июле в Nature появилась статья той же Тинетти, в которой показывалось, что наличие паров воды лучше всего объясняет соотношение поглощения света атмосферой планеты в разных фильтрах – грубо говоря, изменение «цвета» звезды при прохождении по ее диску планеты; правда, речь идет об «инфракрасном цвете».

Более подробные измерения, результаты которых публикуются на этот раз, показали, что присутствие одной только воды не может объяснить поглощения света в диапазоне 2,1–2,4 микрона. Как тут же догадались ученые, такое излучение поглощает метан. Моделирование показало, что лучше всего наблюдаемые данные объясняет атмосфера, в которой около 0,05% воды и 0,005% метана, а последнее значение – почти в 30 раз выше земного!

Добавление еще примерно 0,001% аммиака слегка улучшает согласие модели с наблюдениями, однако не настолько, чтобы ученые могли точно утверждать, что он там есть. А вот насчет метана астрономы уверены, и это первый раз, когда молекула на основе углерода, являющегося основой белковой жизни, нашлась на далекой планете.

Самое удивительное, считают астрономы, что им не удалось увидеть следов угарного газа – CO.

Точнее, судя по данным, там его может быть столько же, сколько воды (это почти не меняет степень согласия с наблюдениями), однако ученые ожидали увидеть гораздо больше. Почему так происходит, специалисты пока сказать не могут. Причиной может быть постоянное бурное перемешивание атмосферы сильными ветрами, а возможно, речь просто о каких-то неизвестных пока процессах в атмосфере планеты.

Ученые указывают, в частности, на процессы фоторасщепления молекул. Причем угарного газа и метана: планета обращается вокруг относительно холодной звезды, испускающей мало ультрафиолетового излучения, способного разрушать достаточно крепкие связи C-O и C-H. Тем не менее, они могут разрушать присутствующие в атмосфере в меньших количествах более сложные соединения с кислородом, азотом или серой; продукты таких фотолитических реакций могут уже, в свою очередь, разрушать CO и одновременно катализировать появление метана.

Источник: gazeta.ru