Наблюдение за планетами за пределами нашей Солнечной системы — сложная задача. Как из-за их удаленности от приборов, с помощью которых мы можем их изучать, так и потому, что за ними трудно наблюдать, поскольку они вращаются вокруг гораздо более крупных и ярких звезд. Чтобы понять, например, изменения в их атмосфере, необходимо объединить множество высококачественных данных, полученных за длительный период времени.
Недавно это было впервые сделано с помощью архивных данных «Хаббла» по экзопланете WASP-121 b, также известной как Tylos. Начиная с наблюдений «Хаббла», собранных в 2016, 2018 и 2019 годах, команда ученых смогла не только проанализировать атмосферу планеты, но и сравнить состояние этой атмосферы за несколько лет, обнаружив четкие свидетельства ее изменения.
Затем команда использовала сложные методы моделирования, чтобы показать, какие метеорологические модели способны объяснить эти временные вариации.
Наблюдение WASP-121 b с помощью Хаббла
WASP-121 b — хорошо изученный горячий юпитер, вращающийся вокруг звезды в 880 световых годах от Земли и совершающий оборот вокруг нее за 30 часов. Находясь так близко к своей звезде, WASP-121b заблокирована от приливов: одна сторона планеты всегда обращена к звезде и очень горячая, с температурой более 3000 градусов Кельвина (или 2700 градусов Цельсия).
Команда объединила четыре набора архивных наблюдений WASP-121b, сделанных с помощью широкоугольной камеры Хаббла 3 (WFC 3). Полный собранный набор данных включает в себя наблюдения за:
- WASP-121 b, проходящей перед своей звездой в июне 2016 года.
- Транзит WASP-121 b за своей звездой (событие, известное как вторичное затмение) в ноябре 2016 года.
- Две кривые блеска, записанные в марте 2018 и феврале 2019 года соответственно.
Команда решила обрабатывать каждый набор данных одинаково, несмотря на то, что некоторые из них уже были обработаны в ходе предыдущих исследований. Одинаковая обработка каждого набора позволила команде напрямую сравнить результаты каждого набора наблюдений. Один из членов команды, Квентин Ченджат, исследователь ЕКА в Научном институте космического телескопа, пояснил:
Информация, которую мы извлекли из этих наблюдений, была использована для определения характеристик (химического состава, температуры и облачности) атмосферы WASP-121 b в разное время. Это дало нам прекрасную картину планеты, меняющейся с течением времени.
Очевидные вариации в этой внеатмосферной среде
После очистки каждого обработанного набора команда обнаружила четкие доказательства того, что атмосфера WASP-121 b менялась с течением времени. Во-первых, данные Хаббла показали очевидное смещение горячей точки экзопланеты — самой горячей точки на ее поверхности, которая не всегда расположена в ближайшей к звезде точке.
Кроме того, заметны различия в спектральных характеристиках, указывающих на химический состав атмосферы экзопланеты, что говорит о быстро меняющейся атмосфере.
Затем исследователи использовали сложнейшие вычислительные модели, чтобы попытаться понять наблюдаемое поведение атмосферы экзопланеты. Модели показали, что полученные результаты можно объяснить квазипериодическими погодными явлениями, в частности, наличием массивных циклонов, которые постоянно возникают и разрушаются из-за огромной разницы температур между обращенной к звезде и темной стороной экзопланеты. Этот результат представляет собой значительный шаг вперед в потенциальном наблюдении погодных моделей на экзопланетах.
Ниже представлено видео, на котором показаны прогнозы температуры WASP-121 b в течение 130 дней, между восходом, полуднем, закатом и полуночью. Более яркие желтые области представляют собой области на дневной стороне экзопланеты, где температура значительно выше 2000 градусов Кельвина из-за ее близости к звезде-хозяину (около 2,6 % расстояния между Землей и Солнцем).
Из-за экстремальной разницы температур между дневной и ночной сторонами астрономы подозревают, что испарившееся железо и другие тяжелые металлы, которые улетучиваются в верхние слои атмосферы на дневной стороне, частично попадают обратно в нижние слои, вызывая железный дождь на ночной стороне. Некоторые тяжелые металлы также покидают верхние слои атмосферы под действием гравитации планеты.
Что означает это открытие?
Благодаря высокому разрешению симуляций атмосферы экзопланет ученые получили возможность точно моделировать погоду на сверхгорячих планетах, таких как WASP-121 b. Последнее исследование стало значительным шагом вперед в изучении экзоатмосфер — сочетание экспериментальных ограничений, полученных в результате наблюдений, и атмосферных симуляций позволяет понять изменения погоды во времени.
Теперь, когда этот шаг сделан, будущие наблюдения с помощью «Хаббла» и других мощных обсерваторий, например, «Джеймса Уэбба», позволят получить больше информации о погодных условиях на экзопланетах, подобных WASP-121 b. И, в конечном счете, возможно, они также позволят обнаружить экзопланеты со стабильным долгосрочным климатом и погодными условиями.
«Изучение климата экзопланет жизненно важно для понимания сложности атмосфер экзопланет«, — говорит Ченджат, — «особенно в нашем поиске экзопланет с пригодными для жизни условиями«.
Исследование «Является ли атмосфера сверхгорячего юпитера WASP-121b переменной?» доступно в виде препринт-версии .
Другие новости по теме...
