Космический телескоп Джеймса Уэбба выявил различные атмосферные условия на «утренней» и «вечерней» сторонах далекой планеты.
Атмосферы экзопланет – тех, что находятся за пределами нашей Солнечной системы – уже некоторое время измеряются с помощью мощных телескопов. Однако атмосфера всегда считалась одинаковой на всей планете.
Новый анализ, опубликованный в Nature, фокусируется на планете с необычной атмосферой, раскрывая отчетливые «утренние» и «вечерние» стороны планеты. Исследование, проведенное Институтом науки космического телескопа и частично проанализированное исследователем из Имперского колледжа Лондона, показывает более облачную утреннюю сторону, чем вечернюю.
Гигантская планета, названная WASP-39b, имеет радиус больше Юпитера, но массу, близкую к массе Сатурна, и вращается вокруг звезды на расстоянии около 700 световых лет от Земли. Она также находится очень близко к своей звезде, из-за чего ее дневная температура поверхности превышает 1000°C, а это означает, что она совершает один «дневной» оборот за то же время, что и один оборот по орбите.
Это также означает, что она «приливно заблокирована»: одна и та же сторона планеты всегда обращена к своей звезде, точно так же, как одна и та же сторона Луны всегда обращена к Земле. Это создает постоянную «дневную» и постоянную «ночную» сторону планеты, но также, что важно, между ними есть «утренняя» и «вечерняя» стороны.
«В нашей Солнечной системе нет такой планеты, но большинство планет, которые мы наблюдаем на орбитах далеких звезд, находятся ближе и имеют короткие орбиты, как WASP-39b. Теперь мы смогли проверить наши теории об этих планетах и впервые напрямую измерить утреннюю и вечернюю сторону экзопланеты в широком диапазоне длин волн», - сказал Джеймс Кирк из Имперского колледжа Лондона.
«Этот анализ также особенно интересен, потому что вы получаете трехмерную информацию о планете, которую вы не получали раньше. Поскольку мы можем сказать, что вечерний край горячее, это означает, что он немного пухлее. Так что, теоретически, на терминаторе, приближающемся к ночной стороне планеты, есть небольшая волна», - добавил ведущий автор исследования Нестор Эспиноза.
Ученые получают информацию об атмосферах экзопланет, измеряя свет, получаемый при прохождении планеты перед своей звездой. При этом свет звезды изменяется, фильтруясь через атмосферу планеты. Эти изменения обнаруживаются приборами на космическом телескопе Джеймса Уэбба e (JWST) с определенными сигнатурами, выявляющими различные молекулы в атмосфере.
Однако этот метод предполагает, что атмосфера планеты в целом одинакова по всей ее поверхности.
На WASP-39b дневная сторона, всегда обращенная к звезде, намного жарче ночной. Из-за того, как вращается планета, эта огромная разница температур, как полагают, создает сильный ветер на экваторе, движущийся в одном направлении. Это то, что создает «утреннюю» сторону — где более прохладный ночной ветер перемещается на дневную сторону; и «вечернюю» сторону — где горячий дневной ветер переносится на ночную сторону. Данные показывают, что вечер значительно жарче, обжигающие 800 °C, а утро относительно прохладнее 600 °C.
То, как формируются облака, зависит от температуры, поэтому команда ожидала, что утренняя и вечерняя стороны будут иметь разное количество облачного покрова. Они использовали несколько методов анализа данных JWST, чтобы проверить это, и обнаружили, что утро было более облачным, чем вечер, как и предсказывалось.
Доктор Кирк разработал одну из методик анализа, которая фокусировалась только на свете, полученном в начале и конце прохождения планеты по поверхности звезды. Поскольку в эти моменты только края планеты «касаются» диска звезды, свет звезды будет фильтроваться только через утреннюю или вечернюю стороны атмосферы соответственно.
Результаты анализа доктора Кирка хорошо совпали с другими анализами, выполненными другими членами группы, в которую входили исследователи из Соединенных Штатов и Европы.
Теперь команда хочет расширить свой анализ, включив данные с большего количества инструментов на борту JWST. Телескоп оснащен инструментами, которые могут анализировать свет в диапазоне длин волн света — от видимого до инфракрасного — что может раскрыть больше деталей об атмосферных различиях на WASP-39b.
«Теперь мы продемонстрировали осуществимость этого метода с помощью JWST, а точность JWST настолько огромна, что это действительно открывает новые возможности для понимания и измерения атмосферной циркуляции экзопланет, к которым мы ранее были в значительной степени нечувствительны», - резюмировал Кирк.
