Экзопланета WASP-39b

WASP-39b — это горячий газовый гигант, экзопланета, обращающаяся вокруг звезды WASP-39, расположенной на расстоянии около 700 световых лет от Солнца в созвездии Девы. Открытая в 2011 году в рамках проекта SuperWASP (Super Wide Angle Search for Planets), планета стала одной из наиболее изученных благодаря своим уникальным атмосферным характеристикам, особенно после начала работы космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). WASP-39b относится к классу «горячих юпитеров» — планет с массой, сравнимой с массой Юпитера, но находящихся на очень близкой орбите к своей звезде, что приводит к экстремально высоким температурам.

Открытие и наблюдение

Планета была обнаружена транзитным методом, когда её прохождение по диску звезды вызывало периодическое ослабление блеска WASP-39. Первоначальные данные, полученные наземными телескопами, позволили определить её массу, радиус и орбитальный период, который составляет всего 4,055 дня. Это означает, что год на WASP-39b длится менее четырёх земных суток.

Особый интерес к планете возник после того, как она была выбрана в качестве одной из первых целей для наблюдений космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (совместный проект NASA, ESA и CSA). В 2022—2023 годах JWST провёл серию спектроскопических исследований атмосферы WASP-39b, что позволило получить беспрецедентно детальные данные о её химическом составе. Эти наблюдения стали первым случаем, когда в атмосфере экзопланеты были обнаружены такие молекулы, как углекислый газ, диоксид серы и водяной пар, а также подтверждено наличие фотохимических процессов.

Физические характеристики

Масса и радиус

Масса WASP-39b составляет около 0,28 массы Юпитера (примерно 90 масс Земли), а радиус — 1,27 радиуса Юпитера. Несмотря на меньшую массу, планета значительно «раздута» из-за интенсивного нагрева со стороны родительской звезды. Плотность WASP-39b составляет около 0,18 г/см³, что значительно ниже плотности Юпитера (1,33 г/см³) и близко к плотности пенопласта.

Орбита и звезда

WASP-39b обращается вокруг звезды WASP-39 — жёлтого карлика спектрального класса G8V, похожего на Солнце, но немного менее массивного (0,9 массы Солнца) и более холодного (температура поверхности около 5400 К). Расстояние от планеты до звезды составляет примерно 0,048 астрономической единицы (около 7,2 млн км), что в 8 раз меньше расстояния от Меркурия до Солнца. Такая близость приводит к тому, что температура на дневной стороне планеты достигает 900—1000 °C.

Атмосфера

Атмосфера WASP-39b является одной из наиболее изученных среди экзопланет. Благодаря наблюдениям JWST в инфракрасном диапазоне, учёные смогли составить подробный спектр пропускания планеты, который выявил присутствие множества химических соединений.

Химический состав

В атмосфере WASP-39b были обнаружены:

• Водяной пар (H₂O) — подтверждён в 2022 году, что стало важным шагом в изучении состава газовых гигантов.
• Углекислый газ (CO₂) — впервые обнаружен на экзопланете в 2022 году. Его наличие указывает на активные химические процессы в атмосфере.
• Диоксид серы (SO₂) — обнаружен в 2023 году. Это соединение образуется в результате фотохимических реакций под действием ультрафиолетового излучения звезды, что свидетельствует о сложной динамике атмосферы.
• Оксид углерода (CO) и метан (CH₄) — также присутствуют, но в меньших количествах.
• Натрий (Na) и калий (K) — обнаружены в виде атомарных газов, что характерно для горячих юпитеров.

Фотохимия

Открытие диоксида серы стало сенсацией, так как это первый случай, когда на экзопланете были зафиксированы продукты фотохимических реакций. Ультрафиолетовое излучение звезды расщепляет молекулы воды и сероводорода, что приводит к образованию SO₂. Этот процесс аналогичен образованию озона в атмосфере Земли, но протекает в гораздо более экстремальных условиях.

Облака и дымка

Наблюдения показывают, что атмосфера WASP-39b частично затенена облаками или дымкой, состоящими, вероятно, из силикатов или сульфидов. Эти частицы рассеивают свет, что затрудняет наблюдение более глубоких слоёв атмосферы, но не мешает спектроскопическому анализу верхних слоёв.

Классификация и значение

WASP-39b классифицируется как «горячий юпитер» с сильно раздутой атмосферой. Она относится к подклассу планет, которые часто называют «пухлыми» (puffy planets) из-за низкой плотности. Изучение таких объектов важно для понимания эволюции газовых гигантов, их атмосферной динамики и химических процессов, происходящих под воздействием звёздного излучения.

Планета также является ключевым объектом для проверки моделей фотохимии и переноса излучения в экстремальных условиях. Данные, полученные с помощью JWST, позволяют уточнять теории формирования планетных систем и оценивать возможные сценарии развития атмосфер у газовых гигантов.

Интересные факты

• WASP-39b стала первой экзопланетой, в атмосфере которой был обнаружен углекислый газ.
• Наблюдения JWST показали, что атмосфера планеты содержит в 10 раз больше серы, чем предсказывали модели.
• Из-за близости к звезде планета, вероятно, находится в приливном захвате, то есть всегда обращена к звезде одной стороной. На дневной стороне температура достигает 1000 °C, а на ночной — значительно ниже, хотя точные данные отсутствуют.
• Название планеты происходит от телескопа SuperWASP, который обнаружил её, и буквы «b», обозначающей первую открытую планету в этой системе.

Источники

• Данные миссии SuperWASP (2011) — первичное открытие планеты.
• Результаты наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (2022—2023), опубликованные в журналах Nature и The Astrophysical Journal Letters.
• Каталог экзопланет NASA Exoplanet Archive.
• Статьи в журнале Science о фотохимии атмосферы WASP-39b (2023).