Впервые получена подробная информация о темной стороне "горячего Юпитера"

Астрономы получили четкое представление о вечно темной стороне экзопланеты, "приливно заблокированной" к своей звезде. Их наблюдения в сочетании с измерением постоянной дневной стороны планеты дают первое детальное представление о глобальной атмосфере экзопланеты.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT), передают OstanniPodii.com.

«Теперь мы выходим за пределы изолированных снимков конкретных регионов атмосфер экзопланет и изучаем их как трехмерные системы, которыми они и являются», – говорит Томас Микал-Эванс, возглавивший исследование в качестве постдокторанта в Институте астрофизики и космоса им. Кавли при MIT.

Планетой в центре нового исследования является WASP-121b – массивный газовый гигант, по размеру почти вдвое больше Юпитера. Планета является ультрагорячим Юпитером и была обнаружена в 2015 году на орбите звезды, расположенной примерно в 850 световых годах от Земли. WASP-121b имеет одну из кратчайших орбит, обнаруженных на сегодняшний день: она совершает один оборот вокруг своей звезды всего за 30 часов. Она также приливно заблокирована, так что ее "дневная" сторона, повернутая к звезде, постоянно поджаривается, а ее "ночная" сторона всегда повернута к космосу.

«Горячие Юпитеры известны тем, что имеют очень яркие дневные стороны, но ночная сторона – это совсем другое дело. Ночная сторона WASP-121b примерно в 10 раз тусклае, чем дневная», – говорит Тансу Дайлан, постдок в работе со Спутником наблюдений за транзитами экзопланет (TESS) от MIT и соавтор исследования.

Ранее астрономы уже обнаружили водяной пар и изучили, как с высотой изменяется температура атмосферы на дневной стороне планеты.

Новое учение дает гораздо более подробную картину. Исследователи смогли составить карту резких конфигураций температуры от дневной до ночной стороны и увидеть, как эти температуры изменяются с высотой. Они также отследили наличие воды в атмосфере, чтобы впервые показать, как вода циркулирует между дневной и ночной сторонами планеты.

В то время как на Земле вода в своем круговороте сначала испаряется, затем конденсируется в облака и наконец выпадает дождем, на WASP-121b циркуляция воды намного интенсивнее: на дневной стороне атомы, из которых состоит вода, разрываются при температуре свыше 3000 градусов Кельвина. Эти атомы переносятся на ночную сторону, где более низкие температуры позволяют атомам водорода и кислорода рекомбинироваться в молекулы воды, затем возвращаются на дневную сторону, где цикл начинается снова.

По подсчетам команды, круговорот воды на планете поддерживается ветрами, разносящими атомы по планете со скоростью до 5 километров в секунду.

Также оказалось, что не только вода циркулирует по планете. Астрономы установили, что ночная сторона достаточно холодная, чтобы на ней находились экзотические облака из железа и корунда – минерала, из которого состоят рубины и сапфиры. Эти облака, как и водяной пар, могут проникать на дневную сторону, где высокие температуры испаряют металлы в газообразную форму. По дороге может возникнуть экзотический дождь, например, редкие драгоценные камни из корундовых облаков.

«Благодаря этому наблюдению мы действительно получаем глобальное представление о метеорологии экзопланеты», — говорит Микал-Эванс.

День и ночь

Команда наблюдала за WASP-121b с помощью спектроскопической камеры на борту космического телескопа Хаббл. Этот прибор наблюдает за светом планеты и ее звезды и разбивает этот свет на составляющие длины волн, интенсивность которых дает астрономам подсказки о температуре и составе атмосферы.

Благодаря спектроскопическим исследованиям ученые изучили детали атмосферы на дневной стороне у многих экзопланет. Но сделать то же самое для ночной стороны намного сложнее, поскольку для этого нужно следить за незначительными изменениями по всему спектру планеты, когда она вращается вокруг своей звезды.

Для нового исследования команда наблюдала WASP-121b в течение двух полных орбит — одну в 2018 году, а другую в 2019 году. Для обоих наблюдений исследователи просмотрели данные о свете на конкретную линию или спектральную особенность, указывающую на наличие водяного пара.

«Мы увидели эту водную особенность и запечатлели, как она менялась на участках орбиты планеты», – говорит Микал-Эванс. «Здесь закодирована информация о том, как температура атмосферы планеты зависит от высоты».

Изменчивые характеристики воды помогли команде составить карту температурного профиля как дневной, так и ночной стороны. Они обнаружили, что температура дневной стороны варьируется от 2500 Кельвинов в самом глубоком наблюдаемом слое до 3500 Кельвинов в верхних слоях. На ночной стороне варьируется от 1800 Кельвинов в самом глубоком слое до 1500 Кельвинов в верхних слоях атмосферы. Интересно, что температурные профили менялись местами, вырастая с высотой на дневной стороне – "тепловая инверсия" по метеорологической терминологии – и снижаясь с высотой на ночной стороне.

Потом исследователи пропустили температурные карты через разные модели, чтобы определить химические вещества, вероятно существующие в атмосфере планеты, учитывая конкретные высоты и температуры. Это моделирование выявило возможность существования на ночной стороне облаков из металлов, таких как железо, корунд и титан.

По результатам температурного картирования команда также заметила, что горячая область планеты смещена к востоку от "подзвёздной" области непосредственно под звездой. Они пришли к выводу, что это смещение связано с сильными ветрами.

"Газ нагревается в подзвёздной точке, но прежде чем он успеет излучиться в космос, его отбрасывает на восток", - объясняет Микал-Эванс.

Учитывая величину смещения команда подсчитала, что скорость ветра составляет около 5 километров в секунду.

«Эти ветры намного быстрее наших струйных течений и, вероятно, могут переместить облака по всей планете примерно за 20 часов», – говорит Дейлан, руководивший предыдущими работами с планетоц с помощью миссии TESS, управляемой MIT.

Астрономы зарезервировали время на космическом телескопе Джеймса Уэбба, чтобы понаблюдать за WASP-121b позже в этом году, и надеются отразить изменения не только водяного пара, но и угарного газа, который, как предполагают ученые, должен находиться в атмосфере.

«Это был бы первый случай, когда мы могли бы измерить содержащую углерод молекулу в атмосфере этой планеты», — говорит Микал-Эванс. «Количество углерода и кислорода в атмосфере подсказывает о том, где формируются такие планеты».

Исследование было опубликовано в Nature Astronomy. Среди соавторов исследования – сотрудники MIT, Университета Джона Хопкинса, Калифорнийского технологического института и других учреждений.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.