HD 209458 б -HD 209458 b

HD 209458 б
Сравнение экзопланет HD 209458 b.png
Сравнение размеров HD 209458 b с Юпитером
Открытие
Обнаружено Д. Шарбонно
Т. Браун
Дэвид Лэтэм
М. Майор
Г.В. Генри
Дж. Марси
Керри О'Коннор
Р. П. Батлер
С. С. Фогт
Сайт обнаружения Высокогорная обсерватория
Женевская обсерватория
Дата открытия 9 сентября 1999 г.
Радиальная скорость
Орбитальные характеристики
0,04747 а.е. (7 101 000 км )
Эксцентриситет 0,014 ± 0,009
3,52474541 ± 0,00000025 д
84,5938898 ч
наклон 86,1 ± 0,1
2 452 854,825415
± 0,00000025
83
Полуамплитуда 84,26 ± 0,81
Звезда HD 209458
Физические характеристики
Средний радиус
 1,35 ± 0,05 Р Дж
масса 0,71 МДж _
Средняя плотность
370  кг/м 3 (620  фунтов/куб. ярдов )
9,4  м/с 2 (31  фут/с 2 )
0,96 г
Температура 1130 ± 150

HD 209458 b , которую также называют Осирисом в честь египетского бога , является экзопланетой , которая вращается вокруг солнечного аналога HD 209458 в созвездии Пегаса , примерно в 159 световых годах (49 парсеков ) от Солнечной системы . Радиус орбиты планеты составляет 0,047  а.е. (7,0 млн  км ; 4,4 млн  миль ), или одну восьмую радиуса орбиты Меркурия (0,39  а.е. (36 млн  миль ; 58 млн  км )). Этот небольшой радиус приводит к тому, что год длится 3,5 земных дня, а расчетная температура поверхности составляет около 1000  ° C (2000  ° F ; 1000  K ). Его масса в 220 раз больше массы Земли (0,69 массы Юпитера ), а объем примерно в 2,5 раза больше, чем у Юпитера. Большая масса и объем HD 209458 b указывают на то, что это газовый гигант .

HD 209458 b представляет собой ряд вех в области внепланетных исследований. Это была первая из многих категорий:

  • транзитная внесолнечная планета
  • Первая планета, обнаруженная более чем одним методом
  • внесолнечная планета, о которой известно, что у нее есть атмосфера
  • внесолнечная планета с испаряющейся водородной атмосферой
  • внесолнечная планета с атмосферой, содержащей кислород и углерод
  • одна из первых двух внесолнечных планет, которые можно непосредственно наблюдать спектроскопически
  • Первый внесолнечный газовый гигант, чья супербуря была измерена
  • первая планета, у которой была измерена ее орбитальная скорость, непосредственно определив ее массу.

Основываясь на применении более новых теоретических моделей, по состоянию на апрель 2007 года считается, что это первая внесолнечная планета, в атмосфере которой обнаружен водяной пар .

В июле 2014 года НАСА объявило об обнаружении очень сухой атмосферы на HD 209458 b и двух других экзопланетах ( HD 189733 b и WASP-12b ), вращающихся вокруг солнцеподобных звезд.

Обнаружение и открытие

Транзиты

Спектроскопические исследования впервые выявили присутствие планеты вокруг HD 209458 5 ноября 1999 года. Астрономы провели тщательные фотометрические измерения нескольких звезд, вокруг которых, как известно, вращаются планеты, в надежде обнаружить падение яркости, вызванное прохождением планета на лице звезды. Для этого потребовалось бы, чтобы орбита планеты была наклонена так, чтобы она проходила между Землей и звездой, а ранее транзиты не обнаруживались.

Вскоре после открытия отдельные группы, одна из которых возглавлялась Дэвидом Шарбонно , включая Тимоти Брауна и других, а другая — Грегори У. Генри , смогли обнаружить прохождение планеты по поверхности звезды, что сделало ее первым известным транзитом за пределами Солнечной системы. планета. 9 и 16 сентября 1999 года команда Шарбонно замерила падение яркости HD 209458 на 1,7%, что было связано с прохождением планеты через звезду. 8 ноября команда Генри наблюдала частичный транзит, видя только вход. Первоначально неуверенные в своих результатах, группа Генри решила поторопиться с публикацией результатов после того, как услышала слухи о том, что Шарбонно успешно прошел весь транзит в сентябре. Статьи обеих команд были опубликованы одновременно в одном номере Astrophysical Journal . Каждый транзит длится около трех часов, в течение которых планета покрывает около 1,5% поверхности звезды.

Звезда много раз наблюдалась спутником Hipparcos , что позволило астрономам очень точно рассчитать орбитальный период HD 209458 b, равный 3,524736 дней.

Спектроскопический

Спектроскопический анализ показал, что планета имеет массу примерно в 0,69 раза больше массы Юпитера . Возникновение транзитов позволило астрономам рассчитать радиус планеты, что было невозможно для любой ранее известной экзопланеты , и оказалось, что она имеет радиус примерно на 35% больше, чем у Юпитера. Ранее выдвигалась гипотеза, что горячие юпитеры , расположенные особенно близко к своей родительской звезде, должны демонстрировать такого рода инфляцию из-за сильного нагревания их внешней атмосферы. Приливный нагрев из-за эксцентриситета его орбиты, которая могла быть более эксцентричной при формировании, также мог сыграть свою роль за последний миллиард лет.

Прямое обнаружение

22 марта 2005 года НАСА опубликовало новость о том, что инфракрасный свет от планеты был измерен космическим телескопом Спитцер , что стало первым в истории прямым обнаружением света от внесолнечной планеты. Это было сделано путем вычитания постоянного света родительской звезды и учета разницы, когда планета проходила перед звездой и затмевалась позади нее, обеспечивая меру света от самой планеты. Новые измерения этого наблюдения определили температуру планеты как минимум 750 ° C (1020 K; 1380 ° F). Также была подтверждена почти круговая орбита HD 209458 b.

Транзит HD 209458 b.

Спектральное наблюдение

21 февраля 2007 года НАСА и Nature опубликовали новость о том, что HD 209458 b была одной из первых двух внесолнечных планет, спектры которых наблюдались непосредственно, а другой была HD 189733 b . Долгое время это рассматривалось как первый механизм, с помощью которого можно было искать внесолнечные, но неразумные формы жизни посредством воздействия на атмосферу планеты. Группа исследователей во главе с Джереми Ричардсоном из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА провела спектральные измерения атмосферы HD 209458 b в диапазоне от 7,5 до 13,2 микрометра . Результаты превзошли теоретические ожидания несколькими способами. Было предсказано, что спектр будет иметь пик на 10 микрометрах, что указывало бы на водяной пар в атмосфере, но такой пик отсутствовал, что указывало на отсутствие обнаруживаемого водяного пара. Другой неожиданный пик наблюдался на 9,65 мкм, который исследователи приписали облакам силикатной пыли, ранее не наблюдавшемуся явлению. Другой непредвиденный пик произошел на 7,78 мкм, для которого у исследователей не было объяснения. Отдельная группа под руководством Марка Суэйна из Лаборатории реактивного движения провела повторный анализ исследования Ричардсона и др. данные и еще не опубликовали свои результаты, когда Richardson et al. статья вышла, но выводы аналогичные.

23 июня 2010 года астрономы объявили, что впервые измерили супершторм (со скоростью ветра до 7000  км/ч (2000  м/с ; 4000  миль в час )) в атмосфере HD 209458 b. Очень точные наблюдения, сделанные Очень Большим Телескопом ESO и его мощным спектрографом CRIRES за угарным газом, показывают, что он с огромной скоростью течет с чрезвычайно жаркой дневной стороны на более холодную ночную сторону планеты. Наблюдения также позволяют сделать еще одно захватывающее «впервые» — измерить орбитальную скорость самой экзопланеты, обеспечив прямое определение ее массы.

По состоянию на 2021 год спектры планетарной атмосферы, полученные различными приборами, остаются крайне противоречивыми, что указывает либо на бедную металлами атмосферу, либо на температуру ниже равновесия черного тела, либо на неравновесный химический состав атмосферы.

Вращение

В августе 2008 г. измерение эффекта Росситера – Маклафлина HD 209458 b и, следовательно, спин-орбитального угла составило -4,4 ± 1,4 °.

В исследовании 2012 г. угол вращения-орбиты был обновлен до -5 ± 7 °.

Физические характеристики

Впечатление художника от HD 209458 b

Стратосфера и верхние облака

Атмосфера находится под давлением в один бар на высоте 1,29 радиуса Юпитера над центром планеты.

При давлении 33 ± 5 мбар атмосфера чистая (вероятно, водородная) и обнаруживается эффект Рэлея . При таком давлении температура составляет 2200 ± 260 К (1900 ± 260 ° C; 3500 ± 470 ° F).

Наблюдения с помощью орбитального телескопа « Микроизменчивость и колебания STars» изначально ограничили альбедо (или отражательную способность) планеты ниже 0,3, что сделало ее удивительно темным объектом. (С тех пор геометрическое альбедо было измерено как 0,038 ± 0,045.) Для сравнения, Юпитер имеет гораздо более высокое альбедо - 0,52. Это предполагает, что верхняя часть облаков HD 209458 b либо состоит из менее отражающего материала, чем у Юпитера, либо не имеет облаков, а поступающее излучение рассеивается Рэлеем, как темный океан Земли. С тех пор модели показали, что между верхней частью атмосферы и горячим газом под высоким давлением, окружающим мантию, существует стратосфера из более холодного газа. Это подразумевает внешнюю оболочку из темных, непрозрачных, горячих облаков; обычно считается, что они состоят из оксидов ванадия и титана , но нельзя исключать и другие соединения, такие как толины . Исследование, проведенное в 2016 году, показывает, что облачность на большой высоте неоднородна и составляет около 57 процентов. Нагретый водород, рассеивающий Рэлея, находится в верхней части стратосферы ; поглощающая часть облачного покрова плавает над ним при давлении 25 миллибар.

экзосфера

27 ноября 2001 года астрономы объявили, что обнаружили натрий в атмосфере планеты, используя наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл. Это была первая измеренная планетарная атмосфера за пределами Солнечной системы. Сердцевина натриевой линии работает от давления от 50 миллибар до микробара. Оказывается, это примерно треть количества натрия в HD 189733 b .

Дополнительные данные не подтвердили наличие натрия в атмосфере HD 209458 b как и в 2020 г.

В 2003–2004 годах астрономы использовали спектрограф изображений космического телескопа Хаббла, чтобы обнаружить огромную эллипсоидальную оболочку из водорода , углерода и кислорода вокруг планеты, температура которой достигает 10 000 К (10 000 ° C; 20 000 ° F). Водородная экзосфера простирается на расстояние R H =3,1 R J , намного превышающее радиус планеты 1,32 R J . При этой температуре и расстоянии распределение Максвелла – Больцмана по скоростям частиц приводит к возникновению значительного «хвоста» атомов, движущихся со скоростями, превышающими скорость убегания . По оценкам, планета теряет около 100–500 миллионов  кг (0,2–1  миллиарда  фунтов ) водорода в секунду. Анализ звездного света, проходящего через оболочку, показывает, что более тяжелые атомы углерода и кислорода уносятся с планеты из-за экстремального « гидродинамического сопротивления », создаваемого ее испаряющейся водородной атмосферой. Водородный хвост, исходящий от планеты, имеет длину примерно 200 000 км (100 000 миль), что примерно соответствует ее диаметру.

Считается, что этот тип потери атмосферы может быть общим для всех планет, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, ближе, чем примерно 0,1 а.е. (10 миллионов км; 9 миллионов миль). HD 209458 b не испарится полностью, хотя, возможно, потеряла до 7% своей массы за предполагаемое время жизни в 5 миллиардов лет. Вполне возможно, что магнитное поле планеты может предотвратить эту потерю, потому что экзосфера будет ионизирована звездой, а магнитное поле будет сдерживать ионы от потери.

Состав атмосферы

10 апреля 2007 года Трэвис Барман из обсерватории Лоуэлла объявил о доказательствах того, что атмосфера HD 209458 b содержит водяной пар . Используя комбинацию ранее опубликованных измерений космического телескопа Хаббла и новых теоретических моделей, Барман нашел убедительные доказательства поглощения воды атмосферой планеты. Его метод моделировал свет, проходящий прямо через атмосферу от звезды планеты, когда планета проходила перед ней. Однако эта гипотеза все еще исследуется для подтверждения.

Барман использовал данные и измерения, сделанные студенткой Гарвардского университета Хизер Кнутсон с космического телескопа Хаббл , и применил новые теоретические модели, чтобы продемонстрировать вероятность поглощения воды атмосферой планеты. Планета обращается вокруг своей родительской звезды каждые три с половиной дня, и каждый раз, когда она проходит перед своей родительской звездой, можно анализировать содержимое атмосферы, исследуя, как атмосфера поглощает свет, проходящий от звезды непосредственно через атмосферу в направлении Земля.

Согласно резюме исследования, поглощение воды атмосферой на такой экзопланете делает ее более крупной в одной части инфракрасного спектра по сравнению с длинами волн в видимом спектре . Барман взял данные Кнутсона Хаббла о HD 209458 b, применил их к своей теоретической модели и якобы определил поглощение воды атмосферой планеты.

24 апреля астроном Дэвид Шарбонно , возглавлявший группу, проводившую наблюдения Хаббла, предупредил, что сам телескоп мог внести изменения, из-за которых теоретическая модель предполагала наличие воды. Он надеется, что дальнейшие наблюдения прояснят этот вопрос в последующие месяцы. По состоянию на апрель 2007 г. ведется дальнейшее расследование.

20 октября 2009 года исследователи из JPL объявили об открытии водяного пара , углекислого газа и метана в атмосфере.

Уточненные спектры, полученные в 2021 году, вместо этого обнаружили водяной пар , монооксид углерода , цианистый водород , метан , аммиак и ацетилен , что соответствует чрезвычайно высокому молярному соотношению углерода и кислорода, равному 1,0 (в то время как у Солнца молярное отношение C/O равно 0,55). Если это правда, HD 209458 b может быть ярким примером углеродной планеты .

Магнитное поле

В 2014 году магнитное поле вокруг HD 209458 b было выведено из того, как водород испарялся с планеты. Это первое (косвенное) обнаружение магнитного поля на экзопланете. По оценкам, магнитное поле примерно в одну десятую меньше, чем у Юпитера.

Сравнение экзопланет " горячего Юпитера " (художник).

Слева сверху вниз справа: WASP-12b , WASP-6b , WASP-31b , WASP-39b , HD 189733b , HAT-P-12b , WASP-17b , WASP-19b , HAT-P-1b и HD 209458b .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки