"Хаббл" обнаружил динамические изменения атмосферы на адской экзопланете

Соединив многолетние наблюдения "Хаббла" с компьютерным моделированием, астрономы нашли доказательства того, что на адской планете кружатся массивные циклоны, которые постоянно возникают и разрушаются из-за большой разницы температур между стороной, обращенной к звезде, и темной ночной стороной экзопланеты.

Об этом рассказывают в Европейском космическом агентстве (ЕКА) и в Научном институте космических телескопов, передают OstanniPodii.com.

Международная команда астрономов собрала и обработала данные наблюдений за экзопланетой WASP-121 b, которые были получены с помощью космического телескопа "Хаббл" в 2016, 2018 и 2019 годах. Это дало им уникальный набор данных, который позволил не только проанализировать атмосферу WASP-121 b, но и сравнить состояние атмосферы экзопланеты в течение нескольких лет.

Команда нашла четкие доказательства того, что наблюдения за WASP-121 b менялись во времени. Используя сложные методы моделирования, они продемонстрировали, что эти временные вариации можно объяснить погодными условиями в атмосфере экзопланеты.

Сложности наблюдений за погодой на экзопланетах

Наблюдения за экзопланетами — планетами за пределами нашей Солнечной системы — является сложной задачей как из-за их расстояния от Земли, так и из-за того, что они в основном вращаются вокруг звезд, которые намного больше и ярче самих планет. Это означает, что астрономам, которые смогли наблюдать экзопланету с помощью такого сложного телескопа, как Хаббл, обычно приходится объединять все свои данные, чтобы получить достаточно информации для уверенных выводов о свойствах экзопланеты. Объединяя наблюдения для увеличения силы сигнала экзопланеты, астрономы могут построить усредненную картину её атмосферы, но это не говорит им о том, меняется ли она. Другими словами, они не могут изучать погоду в других мирах, используя этот метод усреднения.

Новости по подобной теме:

		Уэбб и Хаббл показали жуткую пару галактик
		"Хаббл" и "Новые горизонты" одновременно нацелились на Уран для дальнейшего изучения экзопланет
		Ученые открыли планету, вращающуюся вокруг ближайшей к нашему Солнцу одиночной звезды

Изучение погоды требует гораздо больше данных высокого качества, полученных за более долгий период времени. К счастью, "Хаббл" работает уже настолько длительное время, что существует огромный архив данных "Хаббла", иногда с несколькими наборами наблюдений одного и того же небесного объекта - и это касается экзопланеты WASP-121 b.

Экзопланета WASP-121 b

WASP-121 b (также известная как Тайлос) — это "горячий Юпитер" [1], который вращается вокруг звезды, находящейся на расстоянии около 880 световых лет от Земли. Планета завершает полный оборот вокруг звезды за очень быстрый 30-часовой период. Чрезвычайная близость к своей звезде означает, что она является приливно-заблокированной [2], а полушарие, обращенное к звезде, очень горячее, с температурой, превышающей 2000 кельвинов [3].

Поток ультрафиолетового света от звезды-хозяина нагревает верхние слои атмосферы планеты, из-за чего газ магния и железа вырывается в космос. В то же время, мощные гравитационные приливные силы от звезды изменили форму планеты так, что она стала похожей на мяч для американского футбола.

Прогноз температур для WASP-121 b

Команда объединила четыре набора архивных наблюдений за WASP-121 b, сделанных с помощью Широкоугольной камеры 3 (WFC 3) Хаббла. Полный собранный набор данных включал наблюдения за:

• WASP-121 b, проходящей перед своей звездой (сделаны в июне 2016 года);
• WASP-121 b, проходящей за своей звездой, также известное как вторичное затмение (сделанное в ноябре 2016 года); и
• две фазовые кривые [4] WASP-121 b (сделанные в марте 2018 года и феврале 2019 года соответственно).

"Собранный набор данных представляет значительный промежуток времени наблюдений за одной планетой и в настоящее время является единственным последовательным набором таких повторных наблюдений", - говорит один из главных исследователей команды, Квентин Чансеат, научный сотрудник ЕКА в Научном институте космических телескопов. "Информация, которую мы извлекли из этих наблюдений, была использована для того, чтобы сделать выводы о химическом составе, температуре и облаках в атмосфере WASP-121 b в разные периоды времени. Это дало нам изысканную картину изменения планеты с течением времени".

Команда сделала уникальный шаг, обработав каждый набор данных одинаковым образом, даже если он был ранее обработан другой командой. Обработка данных об экзопланетах является трудоемкой и сложной, но, однако, она того стоила, поскольку позволила команде непосредственно сравнить обработанные данные из каждого набора наблюдений между собой.

Команда обнаружила, что атмосфера WASP-121 b демонстрирует заметные различия между наблюдениями. Хотя инструментальные эффекты могли оставаться, данные показали очевидное смещение горячей точки экзопланеты [5] и различия в спектральной сигнатуре (которая означает химический состав атмосферы экзопланеты), что указывает на изменчивость атмосферы.

Далее команда использовала очень сложные вычислительные модели, чтобы попытаться понять наблюдаемое поведение атмосферы экзопланеты. Модели показали, что их результаты можно объяснить квазипериодическими погодными условиями, в частности, массивными циклонами, которые постоянно возникают и разрушаются вследствие огромной разницы температур между стороной экзопланеты, обращенной к звезде, и темной стороной экзопланеты.

Циклоны на экзопланете WASP-121 b

Результаты помогут при изучении других экзопланет

В ЕКА отметили, что этот результат является значительным шагом вперед в потенциальном наблюдении погодных условий на экзопланетах.

"Высокое разрешение наших симуляций атмосферы экзопланет позволяет нам точно моделировать погоду на сверхгорячих планетах, таких как WASP-121 b", - объясняет Джек Скиннер, постдокторский научный сотрудник Калифорнийского технологического института и один из руководителей этого исследования. "Здесь мы делаем значительный шаг вперед, сочетая наблюдательные ограничения с моделированием атмосферы, чтобы понять изменчивую во времени погоду на этих планетах".

"Погода на Земле отвечает за многие аспекты нашей жизни, и на самом деле долгосрочная стабильность земного климата и погоды, вероятно, является причиной того, что жизнь могла возникнуть, в первую очередь", - добавляет Квентин. "Изучение погоды на экзопланетах является очень важным для понимания сложности экзопланетных атмосфер, особенно в нашем поиске экзопланет с пригодными для жизни условиями".

Будущие наблюдения с помощью "Хаббла" и других мощных телескопов, включая "Джеймс Уэбб", позволят лучше понять погодные условия в далеких мирах и, в конце концов, возможно, найти экзопланеты со стабильным долговременным климатом и погодными условиями.

"Хаббл"

Космический телескоп "Хаббл" — это проект международного сотрудничества между НАСА и ЕКА. Управление телескопом осуществляет Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Научный институт космических телескопов (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции с телескопами "Хаббл" и "Уэбб". STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов по исследованиям в области астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.

Пояснения

[1] Горячие Юпитеры — это тип экзопланет, не имеющих прямого аналога в Солнечной системе: это раздутые газовые гиганты, которые вращаются очень близко к своим родительским звездам, часто совершая полный оборот за несколько дней.

[2] Приливное блокирование — это ситуация, когда орбитальное тело всегда обращено к объекту, вокруг которого оно вращается, одним и тем же полушарием. Например, Луна приливно-заблокирована, что объясняет, почему поверхность Луны всегда выглядит одинаково с нашей перспективы на Земле. В некоторых случаях два тела могут быть приливно-заблокированными друг к другу, хотя это не касается Луны и Земли: с точки зрения астронавта на Луне Земля все равно кажется вращающейся вокруг собственной оси. Приливно-заблокированные планеты будут иметь крайне неравномерное распределение температуры по всей поверхности, причем полушарие, обращенное к звезде, будет намного горячее другого.

[3] Кельвин (К) — это единица температуры, которая обычно используется многими учеными, в том числе астрономами. Один кельвин равен одному градусу Цельсия (°C), однако, шкала кельвинов смещена от шкалы Цельсия, которая устанавливается на ноль в точке замерзания воды при давлении в одну атмосферу. В отличие от этого, ноль по шкале Кельвина известен как абсолютный ноль и считается самой низкой возможной температурой, при которой прекращается вся кинетическая активность всех молекул. 0 К эквивалентно -273,15 °C.

[4] Фазовые кривые экзопланет показывают разное количество света, полученного от системы звезда-экзопланета, когда экзопланета вращается вокруг своей родительской звезды.

[5] Горячие точки экзопланет — это, как следует из названия, самые горячие точки на поверхности экзопланеты. Хотя интуитивно было бы предположить, что горячая точка всегда будет находиться в точке планеты, ближайшей к звезде, на самом деле многие исследования показали, что горячие точки экзопланет часто смещаются. Это может быть связано с ветром или другими атмосферными явлениями на самих экзопланетах.

OstanniPodii.com

• космический телескоп Хаббла
• Экзопланеты
• горячий Юпитер