Изучение планет за пределами Солнечной системы представляет собой сложное предприятие: отдаленность этих объектов от наших приборов и близость к ярким звездам затрудняют наблюдения. Для выявления изменений в их атмосфере требуется сбор большого объема высококачественных данных, полученных в течение продолжительного периода времени.
Недавно впервые с помощью архивных данных «Хаббла» по экзопланете WASP-121 b, также известной как Tylos, провели подобные исследования. С 2016 по 2019 год команда ученых анализировала атмосферу планеты и сравнивала ее состояние за несколько лет, обнаружив четкие свидетельства изменений.
Команда применила сложные методы моделирования для демонстрации возможностей метеорологических моделей в объяснении этих изменений во времени.
Наблюдение WASP-121 b с помощью Хаббла
WASP-121 b — хорошо изученный горячий Юпитер, вращающийся вокруг звезды в 880 световых годах от Земли. Один оборот вокруг звезды выполняется за 30 часов. Близость к звезде не позволяет WASP-121 b быть свободным от приливов: одна сторона планеты всегда обращена к звезде и очень горячая, с температурой более 3000 градусов Кельвина (или 2700 градусов Цельсия).
Коллектив составил из четырех групп архивных снимков WASP-121b, полученных при помощи широкой камеры Хаббла 3 (WFC 3). Совокупность сведений охватывает наблюдения…
- В июне 2016 года планета WASP-121 b перекрыла свет своей звезды.
- В ноябре 2016 года планета WASP-121 b проходила за своей звездой (событие, известное как вторичное затмение).
- Два отблеска, обозначенные мартом 2018 и февралем 2019 годов.
Команда приняла решение обработать каждый набор данных идентично, не считая уже обработанных ранее в рамках прошлых исследований. Такой подход к обработке каждого набора позволил команде прямо сравнивать результаты каждого наблюдения. Исследователь ЕКА из Научного института космического телескопа Квентин Ченджат пояснил:
Из полученных наблюдений удалось определить характеристики (химический состав, температуру и облачность) атмосферы WASP-121 b в разные моменты времени. Полученные данные позволили составить представление о том, как планета изменяется со временем.
Явные вариации в атмосфере этого мира.
После обработки каждого набора данных команда выявила явные признаки изменения атмосферы WASP-121 b. Астрономические наблюдения показали смещение горячей точки экзопланеты, самой нагретой области ее поверхности, которая не всегда находится ближе всего к звезде.
Отличия в спектральных характеристиках показывают различный химический состав атмосферы экзопланеты, что свидетельствует о её переменчивости.
Исследователи применили сложные вычислительные модели для интерпретации поведения атмосферы экзопланеты. Модели продемонстрировали, что наблюдаемые явления можно объяснить квазипериодическими погодными процессами, в частности, наличием массивных циклонов, которые непрерывно формируются и разрушаются из-за значительной разницы температур между сторонами экзопланеты, обращенной к звезде, и находящейся во тьме. Данный результат является существенным шагом вперед в попытках наблюдения погодных моделей на экзопланетах.
Экстремальная разность температур между дневной и ночной сторонами приводит к тому, что испарившееся железо и другие тяжелые металлы улетают в верхние слои атмосферы на дневной стороне. Часть этих веществ может частично вернуться в нижние слои, вызывая железный дождь на ночной стороне. Также некоторые тяжелые металлы покидают верхние слои под действием гравитации планеты.
Что означает это открытие?
Высокое разрешение симуляций атмосферы экзопланет позволило ученым точно моделировать погоду на сверхгорячих планетах, например, WASP-121 b. Новое исследование — существенный шаг в изучении экзоатмосфер: сочетание экспериментальных ограничений из наблюдений и атмосферных симуляций помогает понять изменения погоды во времени.
После этого шага наблюдения с помощью «Хаббла» и других мощных обсерваторий, например «Джеймса Уэбба», дадут больше информации о погоде на экзопланетах подобных WASP-121 b. Возможно, в конечном итоге это позволит обнаружить экзопланеты с устойчивым долгосрочным климатом и погодными условиями.
«Понимание атмосферы экзопланет возможно лишь через изучение их климатических условий. «, — говорит Ченджат, — «В частности, это важно в нашей задаче найти планеты за пределами Солнечной системы, имеющие условия, подходящие для жизни. «.
Исследование «Изменчива ли атмосфера горячего юпитери WASP-121b?» можно найти в виде препринта. .