НАСА объявило об открытии метана на экзопланете WASP-80b

Если и есть какое-то химическое вещество, вызывающее ажиотаж в поисках биосигнатур в других мирах, то это метан, хотя у него есть как биотические (живые организмы), так и абиотические источники (неорганическая природа). Но обнаружение его в атмосфере экзопланеты означает, что такая планета заслуживает более пристального внимания.

Метан привлекает научное внимание главным образом из-за его непродолжительного пребывания в атмосфере планеты. Метан не может долго противостоять свету звезд, по крайней мере, в земной атмосфере. Он поддается фотодиссоциации и нуждается в постоянном пополнении, чтобы поддерживать свое присутствие в атмосфере.

Если на каменистой планете много метана, то источник должен быть мощным, что делает вероятным биологическое происхождение. На Земле биологическая активность создает огромное количество метана.

Метан широко распространен в нашей Солнечной системе, хотя и не всегда в изобилии. Насколько ученые могут сказать, все его происхождение абиотично. Его наличине можно объяснить такими процессами, как серпентинизация.

Серпентинизация — это естественный абиотический процесс, в котором участвуют вода, углекислый газ и минерал оливин. Оливин распространен на Земле и является основным компонентом верхней мантии нашей планеты. Он также найден на Луне, Марсе и некоторых астероидах.

Недавно космический телескоп Джеймс Уэбб (JWST) обнаружил метан в атмосфере WASP-80b, газового гиганта, примерно вдвое массивнее Юпитера. WASP-80b вращается вокруг звезды главной последовательности K-типа возрастом около 1,5 миллиардов лет.

WASP 80 находится на расстоянии около 162 световых лет от нас, а WASP-80b — единственная планета, обнаруженная на данный момент возле звезды.

Поскольку WASP-80b является газовым гигантом, то жизнь там невозможна, за исключением некоторых экстремальных научно-фантастических сценариев. Но серпентинизация оливина, самого известного абиотического источника метана, также исключается, поскольку WASP-80b не является каменистой планетой. Но найти метан все равно интересно.

Отчасти это потому, что теперь можно сравнить экзопланету с метано-содержащими атмосферами Урана и Нептуна в Солнечной системе. Это может помочь лучше понять будущие обнаружения метана. Новая статья, опубликованная в журнале Nature, представляет это открытие.

WASP-80b — теплый Юпитер. Его температура составляет около 550 градусов Цельсия (825 К). Таким образом, он находится между горячими Юпитерами, такими как HD 209458 b (первая обнаруженная транзитная экзопланета), и холодными Юпитерами, такими как самая большая планета в Солнечной системы. Средняя температура нашего Юпитера составляет около минус 108 градусов Цельсия.

Температура – ​​важный момент. В атмосферах экзопланет наблюдается нехватка обнаружений метана, поэтому на этом этапе каждое обнаружение играет важную роль в разработке атмосферной теории и руководстве последующими исследованиями.

Температура WASP-80b переводит его в «интересный переходный режим, в котором равновесные химические модели предсказывают, что в спектрах пропускания и излучения планеты должны быть заметные особенности CH₄ и CO/CO₂…», — объясняют авторы исследования.

WASP-80b находится очень близко к своей звезде (красному карлику), и его оборот по орбите занимает всего три дня. Поскольку планета находится так далеко от нас и так близко к своей звезде, даже мощный JWST не может ее увидеть. Вместо этого астрономы использовали JWST для изучения совокупного света звезды и планеты во время транзитов и затмений.

Телескопы вроде «Хаббла» и «Спитцера», которые оба могут наблюдать в инфракрасном диапазоне, хотя и не так, как JWST, обнаружили не так много метана в атмосферах экзопланет. Отсутствие обнаружений побудило ученых разработать теоретические объяснения того, как метан может быть истощен в атмосфере. Высокая металличность, высокий внутренний тепловой поток и другие причины были исследованы как механизмы истощения метана.

Поскольку JWST теперь обнаружил метан, возникает важный вопрос.

«Однако это окончательное обнаружение метана во всей атмосфере WASP-80b с помощью JWST-спектроскопии низкого разрешения поднимает вопрос, в какой степени прошлые случаи отсутствия обнаружения были затронуты редким охватом длин волн и точностью, достижимой с помощью HST и Spitzer», — пишут авторы.

Поэтому, если астрономы продолжат обнаруживать метан в атмосферах экзопланет, нам, возможно, придется изменить представление о метане как о биосигнатуре.

«Поскольку мы находим метан и другие газы на экзопланетах, мы продолжим расширять наши знания о том, как химия и физика работают в условиях, отличных от тех, что мы имеем на Земле, и, возможно, когда-нибудь скоро на других планетах, которые напоминают нам о том, что у нас есть здесь, дома», — написали авторы в блоге НАСА.

Исследователи объясняют, что обнаружение экзопланет с метаном в атмосфере также помогает нам понять нашу Солнечную систему.

«НАСА имеет опыт отправки космических аппаратов к газовым гигантам нашей Солнечной системы для измерения количества метана и других молекул в их атмосферах», — пишут авторы.

«Теперь, проведя измерения того же газа на экзопланете, мы можем начать проводить сравнение и посмотреть, соответствуют ли ожидания от Солнечной системы тому, что мы видим за ее пределами».

Исследователи также говорят, что измерение метана вместе с водой помогает определить, как и где образовалась планета.

«Например, измеряя количество метана и воды на планете, мы можем сделать вывод о соотношении атомов углерода и атомов кислорода», — пишут они.

«Ожидается, что это соотношение будет меняться в зависимости от того, где и когда в их системе формируются планеты». Астрономы могут использовать эти данные, чтобы определить, сформировалась ли планета близко к своей звезде или сформировалась дальше, а затем мигрировала внутрь.

Хотя метан привлекает всеобщее внимание из-за своей связи с биологией, это исследование показывает нам другую сторону метана. Оно может помочь нам понять, как и где образовались некоторые планеты и мигрировали ли они.

JWST призван сыграть ключевую роль в расширении наших знаний о метане и атмосфере.

«Одно ясно: путь открытий космического телескопа Джеймса Уэбба полон потенциальных сюрпризов», — говорят авторы.