Космический телескоп James Webb продолжает открывать всё более удивительные особенности миров за пределами Солнечной системы. На этот раз учёным удалось не просто определить состав атмосферы далёкой экзопланеты, а буквально сравнить её «утреннюю» и «вечернюю» стороны. Результаты показали, что условия в этих областях заметно отличаются по температуре и химическому составу, а атмосфера находится в постоянном движении под воздействием мощнейших ветров.
Исследование посвящено экзопланете WASP-121 b — одному из самых экстремальных известных газовых гигантов. Новые наблюдения не только подтвердили существование сложной атмосферной динамики, но и продемонстрировали возможности телескопа James Webb по изучению погоды на объектах, расположенных за сотни световых лет от Земли.
Мир, где одна сторона никогда не видит ночь
WASP-121 b относится к классу так называемых «ультрагорячих юпитеров». Это огромная газовая планета, вращающаяся настолько близко к своей звезде, что под действием приливных сил она всегда обращена к ней одной и той же стороной.
Подобно тому как Луна постоянно показывает Земле одно полушарие, эта планета имеет вечную дневную и вечную ночную стороны. Дневное полушарие разогревается примерно до 2500 °C, тогда как ночная сторона значительно холоднее, хотя и остаётся чрезвычайно горячей по земным меркам.
Особый интерес представляют границы между днём и ночью
Между раскалённой дневной и более прохладной ночной сторонами существуют переходные зоны — своеобразные линии рассвета и заката, которые астрономы называют терминаторами.
Именно эти области стали объектом нового исследования. До сих пор модели предсказывали, что они должны существенно различаться между собой, однако прямых подтверждений этому не существовало.
Благодаря высокой чувствительности James Webb исследователям удалось проверить эту гипотезу на практике.
Планета сама помогла провести эксперимент
Когда WASP-121 b проходит по диску своей звезды, часть звёздного света проходит через её атмосферу. Различные химические вещества поглощают свет на определённых длинах волн, позволяя определить состав газовой оболочки.
При этом за время транзита планета успевает немного повернуться, поэтому в начале наблюдений астрономы видят преимущественно область рассвета, а в конце — область заката.
Такой эффект позволил сравнить две стороны практически напрямую и проследить изменения вдоль направления вращения планеты.
«Вечерняя» атмосфера оказалась горячее
Полученные данные показали, что область, соответствующая закату, поглощает больше инфракрасного излучения, чем противоположная сторона.
Исследователи связывают это с действием сверхмощных ветров, которые переносят тепло с постоянно освещённого полушария к ночной стороне. Потоки горячего газа смещаются в направлении вращения, нагревая вечерний терминатор сильнее утреннего.
Из-за повышения температуры атмосфера расширяется, и её влияние на проходящий свет становится более заметным.
Изменяется и химический состав
Наблюдения показали различия не только в температуре, но и в спектральных признаках различных веществ.
На вечерней стороне был зарегистрирован более сильный сигнал, связанный с угарным газом, что объясняется воздействием высоких температур. Одновременно исследователи обнаружили уменьшение количества водяного пара в верхних слоях атмосферы. По их интерпретации, экстремальный нагрев приводит к разрушению молекул воды на составляющие компоненты.
На планете могут существовать необычные облака
При попытке смоделировать атмосферу выяснилось, что стандартные расчёты не полностью воспроизводят наблюдаемую картину.
Одним из возможных объяснений являются облака, состоящие не из водяных капель, а из минеральных частиц, например силикатов. Такие облака способны скрывать более горячие нижние слои атмосферы и изменять наблюдаемый спектр.
Моделирование подобных процессов чрезвычайно сложно, поэтому учёные считают, что существующие компьютерные модели ещё требуют существенной доработки.
Экзопланетная метеорология становится реальностью
Ещё недавно астрономы могли лишь определять наличие отдельных химических элементов в атмосферах далёких миров. Теперь становится возможным исследовать распределение температуры, движение воздушных масс и даже различия между разными областями одной и той же планеты.
По сути, речь идёт о зарождении новой области науки — сравнительной метеорологии экзопланет, позволяющей изучать климатические процессы за пределами Солнечной системы.
Почему это важно
Понимание циркуляции атмосферы помогает объяснить, как распределяется энергия на планете, как формируются облака и какие химические реакции происходят в экстремальных условиях.
Кроме того, подобные исследования совершенствуют методы, которые в будущем будут использоваться для изучения более умеренных по температуре миров, включая каменистые экзопланеты, потенциально пригодные для жизни.
James Webb открывает путь к новым открытиям
Исследователи уже выделили другие горячие газовые гиганты, подходящие для аналогичных наблюдений. Сравнение нескольких объектов позволит выяснить, насколько типичны обнаруженные особенности и какие атмосферные процессы являются общими для подобных планет.
Работа с WASP-121 b показывает, что современные космические телескопы способны изучать не только существование далёких миров, но и их внутреннюю динамику с поразительной детализацией. То, что ещё недавно казалось невозможным, — наблюдение «утра» и «вечера» на планете в сотнях световых лет от Земли — уже стало частью современной астрономии.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
