"Габбл" виявив динамічні зміни атмосфери на пекельній екзопланеті

Поєднавши кількарічні спостереження "Габбла" з комп′ютерним моделюванням, астрономи знайшли докази того, що на пекельній планеті кружляють масивні циклони, які постійно виникають і руйнуються через велику різницю температур між стороною, зверненою до зорі, і темною нічною стороною екзопланети.

Про це розповідають в Європейському космічному агентстві (ЄКА) та в Науковому інституті космічних телескопів, передають OstanniPodii.com.

Міжнародна команда астрономів зібрала та опрацювала дані спостережень за екзопланетою WASP-121 b, які були отримані за допомогою космічного телескопа "Габбл" у 2016, 2018 та 2019 роках. Це дало їм унікальний набір даних, який дозволив не лише проаналізувати атмосферу WASP-121 b, але й порівняти стан атмосфери екзопланети протягом кількох років.

Команда знайшла чіткі докази того, що спостереження за WASP-121 b змінювалися в часі. Використовуючи складні методи моделювання, вони продемонстрували, що ці часові варіації можна пояснити погодними умовами в атмосфері екзопланети.

Складності спостережень за погодою на екзопланетах

Спостереження за екзопланетами — планетами за межами нашої Сонячної системи — є складним завданням як через їхню відстань від Землі, так і через те, що вони здебільшого обертаються навколо зір, які набагато більші та яскравіші за самі планети. Це означає, що астрономам, які змогли спостерігати екзопланету за допомогою такого складного телескопа, як Габбл, зазвичай доводиться об′єднувати всі свої дані, щоб отримати достатньо інформації для впевнених висновків про властивості екзопланети. Об′єднуючи спостереження для збільшення сили сигналу екзопланети, астрономи можуть побудувати усереднену картину її атмосфери, але це не говорить їм про те, чи змінюється вона. Іншими словами, вони не можуть вивчати погоду в інших світах, використовуючи цей метод усереднення.

Новини за подібною темою:

		"Габбл" показав галактику під тиском
		Відкриття JWST несподівано надмасивних галактик не потребує перепису космології, але все ще залишає питання
		"Габбл" показав галактику, оповиту зорями

Вивчення погоди вимагає набагато більше даних високої якості, отриманих за довший період часу. На щастя, "Габбл" працює вже настільки тривалий час, що існує величезний архів даних "Габбла", іноді з декількома наборами спостережень одного й того ж небесного об′єкта — і це стосується екзопланети WASP-121 b.

Екзопланета WASP-121 b

WASP-121 b (також відома як Тайлос) — це "гарячий Юпітер" [1], який обертається навколо зорі, що знаходиться на відстані близько 880 світлових років від Землі. Планета завершує повний оберт навколо зорі за дуже швидкий 30-годинний період. Надзвичайна близькість до своєї зорі означає, що вона є приливно-заблокованою [2], а півкуля, звернена до зорі, дуже гаряча, з температурою, що перевищує 2000 кельвінів [3].

Потік ультрафіолетового світла від зорі-господаря нагріває верхні шари атмосфери планети, через що газ магнію та заліза виривається у космос. Водночас, потужні гравітаційні приливні сили від зорі змінили форму планети так, що вона стала схожою на м′яч для американського футболу.

Прогноз температур для WASP-121 b

Команда об′єднала чотири набори архівних спостережень за WASP-121 b, зроблених за допомогою Ширококутної камери 3 (WFC 3) Габбла. Повний зібраний набір даних включав спостереження за:

• WASP-121 b, що проходить перед своєю зорею (зроблені в червні 2016 року);
• WASP-121 b, що проходить за своєю зорею, також відоме як вторинне затемнення (зроблене в листопаді 2016 року); і
• дві фазові криві [4] WASP-121 b (зроблені в березні 2018 року та лютому 2019 року відповідно).

"Зібраний набір даних представляє значний проміжок часу спостережень за однією планетою та наразі є єдиним послідовним набором таких повторних спостережень", - каже один з головних дослідників команди, Квентін Чансеат, науковий співробітник ЄКА в Науковому інституті космічних телескопів. "Інформація, яку ми витягли з цих спостережень, була використана для того, щоб зробити висновки про хімічний склад, температуру й хмари в атмосфері WASP-121 b у різні періоди часу. Це дало нам вишукану картину зміни планети з плином часу".

Команда зробила унікальний крок, обробивши кожен набір даних однаковим чином, навіть якщо він був раніше оброблений іншою командою. Обробка даних про екзопланети є трудомісткою та складною, але, однак, вона була того варта, оскільки дозволила команді безпосередньо порівняти оброблені дані з кожного набору спостережень між собою.

Команда виявила, що атмосфера WASP-121 b демонструє помітні відмінності між спостереженнями. Хоча інструментальні ефекти могли залишатися, дані показали очевидний зсув гарячої точки екзопланети [5] і відмінності в спектральній сигнатурі (яка означає хімічний склад атмосфери екзопланети), що вказує на мінливість атмосфери.

Далі команда використала дуже складні обчислювальні моделі, щоб спробувати зрозуміти спостережувану поведінку атмосфери екзопланети. Моделі показали, що їхні результати можна пояснити квазіперіодичними погодними умовами, зокрема, масивними циклонами, які постійно виникають і руйнуються внаслідок величезної різниці температур між стороною екзопланети, зверненою до зорі, і темною стороною екзопланети.

Циклони на екзопланеті WASP-121 b

Результати допоможуть при вивченні інших екзопланет

В ЄКА зазначили, що цей результат є значним кроком вперед у потенційному спостереженні погодних умов на екзопланетах.

"Висока роздільна здатність наших симуляцій атмосфери екзопланет дозволяє нам точно моделювати погоду на надгарячих планетах, таких як WASP-121 b", - пояснює Джек Скіннер, постдокторський науковий співробітник Каліфорнійського технологічного інституту та один з керівників цього дослідження. "Тут ми робимо значний крок вперед, поєднуючи спостережні обмеження з моделюванням атмосфери, щоб зрозуміти мінливу в часі погоду на цих планетах".

"Погода на Землі відповідає за багато аспектів нашого життя, і насправді довгострокова стабільність земного клімату та погоди, ймовірно, є причиною того, що життя могло виникнути, в першу чергу", - додає Квентін. "Вивчення погоди на екзопланетах є дуже важливим для розуміння складності екзопланетних атмосфер, особливо в нашому пошуку екзопланет з придатними для життя умовами".

Майбутні спостереження за допомогою "Габбла" та інших потужних телескопів, включаючи "Джеймс Вебб", дадуть змогу краще зрозуміти погодні умови у далеких світах і, зрештою, можливо, знайти екзопланети зі стабільним довготривалим кліматом і погодними умовами.

"Габбл"

Космічний телескоп "Габбл" — це проєкт міжнародного співробітництва між НАСА та ЄКА. Управління телескопом здійснює Центр космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Мериленд. Науковий інститут космічних телескопів (STScI) у Балтиморі, штат Мериленд, проводить наукові операції з телескопами "Габбл" і "Вебб". STScI управляється для НАСА Асоціацією університетів з досліджень в галузі астрономії у Вашингтоні, округ Колумбія.

Пояснення

[1] Гарячі Юпітери — це тип екзопланет, що не мають прямого аналога в Сонячній системі: це роздуті газові гіганти, які обертаються дуже близько до своїх батьківських зір, часто здійснюючи повний оберт за кілька днів.

[2] Приливне блокування — це ситуація, коли орбітальне тіло завжди обернене до об′єкта, навколо якого воно обертається, однією й тією ж півкулею. Наприклад, Місяць приливно-заблокований, що пояснює, чому поверхня Місяця завжди виглядає однаково з нашої перспективи на Землі. У деяких випадках два тіла можуть бути припливно-заблокованими одне до одного, хоча це не стосується Місяця й Землі: з точки зору астронавта на Місяці Земля все одно здається такою, що обертається навколо власної осі. Приливно-заблоковані планети матимуть вкрай нерівномірний розподіл температури по всій поверхні, причому півкуля, звернена до зорі, буде набагато гарячішою за іншу.

[3] Кельвін (К) — це одиниця температури, яка зазвичай використовується багатьма вченими, в тому числі астрономами. Один кельвін дорівнює одному градусу Цельсія (°C), однак, шкала кельвінів зміщена від шкали Цельсія, яка встановлюється на нуль в точці замерзання води при тиску в одну атмосферу. На відміну від цього, нуль за шкалою Кельвіна відомий як абсолютний нуль і вважається найнижчою можливою температурою, при якій припиняється вся кінетична активність усіх молекул. 0 К еквівалентно -273,15 °C.

[4] Фазові криві екзопланет показують різну кількість світла, отриманого від системи зоря-екзопланета, коли екзопланета обертається навколо своєї батьківської зорі.

[5] Гарячі точки екзопланет — це, як випливає з назви, найгарячіші точки на поверхні екзопланети. Хоча інтуїтивно було б припустити, що гаряча точка завжди буде знаходитись в точці планети, найближчій до зорі, насправді багато досліджень показали, що гарячі точки екзопланет часто зміщуються. Це може бути пов′язано з вітром або іншими атмосферними явищами на самих екзопланетах.

OstanniPodii.com

• космічний телескоп Хаббла
• Екзопланети
• гарячий Юпітер