Ученые впервые зафиксировали магнитные поля на экзопланетах, изучив их атмосферные потоки

Новости МирТесен

Астрономы представили наиболее весомые на текущий момент свидетельства наличия магнитных полей у планет за пределами Солнечной системы. Группа ученых из Европы провела измерения скорости ветров на семи ультрагорячих Юпитерах, используя Очень Большой телескоп Европейской южной обсерватории (ESO VLT) и телескоп Gemini North. Анализ полученных данных позволил исследователям установить, что магнитные поля играют ключевую роль в формировании атмосферных потоков на этих планетах, а также впервые определить параметры их магнетизма.

Учёные, проводившие исследование, полагают, что полученные результаты прокладывают путь к совершенно новой области в изучении экзопланет. Как отметила Юлия Зайдель, ведущий автор работы из Лаборатории Лагранжа при Обсерватории Лазурного Берега во Франции, теперь впервые появилась возможность сравнивать магнитную обстановку на других планетах. Она подчеркнула, что это важный этап в понимании того, какие планеты могут удерживать воду, обладать устойчивой атмосферой и, возможно, создавать условия для жизни.

Ультрагорячие Юпитеры – это газовые гиганты, схожие по размерам и составу с Юпитером в нашей Солнечной системе, но вращающиеся на очень близких к своим звездам орбитах. Подобное расположение приводит к тому, что температура их поверхности превышает 2000 кельвинов. На Земле магнитное поле играет важнейшую роль в защите атмосферы и обеспечении условий, благоприятных для жизни. Мощные магнитные поля также наблюдаются у Юпитера и Сатурна, в то время как у Марса имеются лишь небольшие, локализованные участки остаточного магнетизма.

В течение последних пятнадцати лет радиоастрономы стремились напрямую зафиксировать магнитные поля экзопланет, анализируя характерные радиосигналы. Тем не менее, до настоящего времени технические и геометрические факторы препятствовали получению неопровержимых доказательств. Зайдель отмечает, что предшествующие исследования, включая работы Филиппа Зарки и его соавторов, были частью широкой программы, направленной на решение этой задачи, но ни одно из потенциальных открытий не было окончательно подтверждено.

В рамках нового исследования ученые применили непрямой подход. Вместо поиска радиосигналов они изучили скорость атмосферных ветров. Все зафиксированные экзопланеты находятся под воздействием приливного захвата, что означает, что одна их сторона постоянно направлена к своей звезде, а другая — в сторону космоса. Это приводит к тому, что на освещенной стороне наблюдаются крайне высокие температуры, а на затемненной — существенно более низкие.

Резкие перепады температур приводят к образованию нестандартных погодных условий. Встречающиеся друг с другом потоки воздуха, имеющие значительную разницу в температуре, порождают сильные ветры. На изученных планетах их скорость может колебаться от 7200 до 25 000 километров в час. Для сопоставления, на Юпитере, в нашей Солнечной системе, скорость ветров составляет приблизительно 1500 километров в час.

Изначально целью исследования было определение, существуют ли различия в характере атмосферных ветров на различных горячих планетах. Тем не менее, анализ полученных данных показал неожиданный результат. В самых горячих зонах экзопланет наблюдались более низкие скорости ветра, нежели предполагалось. Это противоречило ранее существовавшим представлениям, поскольку, как ожидалось, более высокая температура должна была бы обеспечивать большую энергию для ускорения атмосферных потоков.

По словам соавтора исследования Вивьен Пармантье, сотрудника Лаборатории Лагранжа, полученные данные противоречат общепринятым представлениям о физике атмосферы. Это указывает на наличие некоего дополнительного фактора, оказывающего влияние на скорость ветров над наиболее нагретыми участками поверхности.

Чтобы понять это явление, ученые высказали гипотезу о существовании сильных глобальных магнитных полей. В рамках предложенной ими модели, магнитное поле выступает в роли сдерживающего фактора для заряженных частиц, формирующих атмосферные потоки. На основе данных о скорости ветров, исследователи смогли определить величину магнитных полей, характерных для каждой из обнаруженных экзопланет.

Зафиксированные данные продемонстрировали поразительное соответствие характеристикам планет, входящих в Солнечную систему. Магнитные поля изученных объектов оказались приблизительно вдвое меньше, чем у Юпитера, и примерно в четыре раза больше, чем у Сатурна. Вероятно, эти поля способны генерировать очень интенсивные полярные свечения, намного более эффектные, чем земные, поскольку они стимулируют перераспределение заряженных частиц и светящихся газов в атмосфере.

Бибиана Принот, соавтор исследования и ранее работавшая в Лундском университете Швеции, а теперь сотрудник Европейской южной обсерватории в Гархинге, считает, что в небе некоторых из этих планет могут возникать огромные разноцветные полосы свечения, охватывающие миры, где одна сторона постоянно освещена звездой, а другая находится в вечной темноте.

На последующем этапе исследований будет проведено изучение планет с более низкой температурой. Ученые рассчитывают установить предел температуры, при превышении которого магнитные поля начинают оказывать определяющее влияние на поведение атмосферы, а также выяснить, какие факторы приводят к тому, что характер движения ветров приближается к процессам, наблюдаемым в нашей Солнечной системе. В целях реализации этой задачи предполагается проведение масштабной программы наблюдений, направленной на более холодные экзопланеты и анализ воздействия уровня ионизации их атмосфер на магнитные явления.

Результаты работы в журнале Nature Astronomy.