Наблюдения космического телескопа James Webb (JWST) за последние годы привели астрономов к громким выводам: многие горячие каменистые экзопланеты, вращающиеся вокруг красных карликов, якобы лишены атмосфер. Такие результаты получили для планет системы TRAPPIST-1, LHS 3844 b и ряда других миров. Однако новое исследование показывает, что эти выводы могут быть сильно завышены — и причина кроется в самих моделях, которые используются для интерпретации данных.
В чём проблема привычных моделей
Большинство существующих упрощённых моделей атмосфер опираются на предположение о «слабом температурном градиенте». В этом режиме считается, что атмосфера эффективно переносит тепло с дневной стороны планеты на ночную, из-за чего температура по всей поверхности почти одинаковая. Если же наблюдается резкий контраст температур, делается вывод: атмосферы нет.
Но это допущение хорошо работает только для медленно вращающихся планет. Многие экзопланеты, которые лучше всего видны JWST, находятся очень близко к своим звёздам, приливно захвачены и вращаются быстро. В таких условиях вращение планеты начинает сильно влиять на циркуляцию воздуха и мешает переносу тепла.
Быстрое вращение меняет картину
Авторы работы показывают, что более 40% каменистых планет, уже наблюдавшихся JWST, находятся в режиме, где предположение о слабом температурном градиенте не выполняется. В таких условиях атмосфера может существовать, но переносить тепло гораздо хуже, чем ожидалось ранее.
Это означает, что холодная ночная сторона ещё не доказывает отсутствие атмосферы. Температура на ночной стороне может отличаться на сотни градусов в зависимости от того, насколько эффективно воздух движется вдоль поверхности планеты.
Простая модель вместо тяжёлых расчётов
Чтобы разобраться в этом, исследователи предложили новую аналитическую модель атмосферы. Она делит планету всего на четыре области: дневную и ночную стороны у поверхности и в атмосфере. В отличие от предыдущих подходов, модель не предполагает равномерную температуру и допускает разные режимы циркуляции.
Модель получилась быстрой, наглядной и при этом хорошо воспроизводит результаты сложных климатических симуляций. Это позволяет быстро оценивать, как давление, состав атмосферы и скорость ветров влияют на наблюдаемую температуру планеты.
Почему это важно для наблюдений JWST
Одно из ключевых следствий работы — сильная неоднозначность интерпретаций. Одна и та же наблюдаемая температура дневной стороны может соответствовать как почти безатмосферной планете, так и миру с тонкой атмосферой, но слабым переносом тепла. Ошибочные допущения о циркуляции могут приводить к неверным оценкам давления атмосферы на порядок величины.
Кроме того, в некоторых режимах атмосфера может даже повышать температуру дневной стороны выше уровня «голой» поверхности, что уже начинает намекать на реальные наблюдения горячих каменистых экзопланет.
Новый взгляд на «голые» миры
Работа показывает, что выводы об отсутствии атмосфер у каменистых экзопланет стоит пересматривать с осторожностью. Атмосфера может быть — просто она ведёт себя не так, как ожидали старые модели. Новая аналитическая схема даёт инструмент для более аккуратной интерпретации данных JWST и может стать основой для будущих, более точных исследований.
Источники:
Статья создана по материалам arXiv.org
