Анализ данных, полученных при наблюдении за экзопланетой WASP-18 b, выявил наличие «горячей точки», окружающей кольцо, и продемонстрировал, что градиент температур по направлению к ночной стороне плавно снижается. Данный факт может указывать либо на наличие дополнительного источника тепла, либо на его эффективное сохранение.
WASP-18 b, находящаяся на расстоянии около 400 световых лет от Земли, представляет собой горячий Юпитер – экзопланету, принадлежащую к одной из самых распространенных групп планет. Её размеры лишь немного превышают размеры Юпитера, но её масса в 10 раз больше массы крупнейшей планеты в нашей Солнечной системе. Таким образом, для газовой планеты она отличается высокой плотностью и значительным весом.
Высокая температура Юпитера обусловлена его близостью к звезде — между ними всего три миллиона километров. Это расстояние приблизительно в 19 раз меньше, чем расстояние от Солнца до Меркурия. Звезда, вокруг которой вращается WASP-18 b, больше, массивнее и ярче нашего Солнца. Поэтому планета находится под сильным приливным захватом, постоянно обращая к звезде одной и той же стороной. Температура на освещенной стороне достигает от 2700 до 3300 градусов Цельсия. WASP-18 b является одной из самых горячих известных экзопланет. На сегодняшний день их количество превышает шесть тысяч.
Благодаря этим характеристикам WASP-18 b представляет собой отличный объект для наблюдений, особенно для исследования атмосферы. Большой размер планеты является преимуществом, высокая плотность атмосферы уменьшает рассеяние света, что облегчает анализ полученных данных, а наиболее важным фактором является яркое инфракрасное излучение, исходящее от горячей экзопланеты. Именно это делает ее подходящей целью для изучения с помощью космического инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб».
Ранее наблюдения атмосфер экзопланет позволяли определить лишь их среднюю глобальную температуру и создать весьма нечеткое представление об их составе. С появлением телескопа «Уэбб» ситуация претерпела существенные изменения: благодаря возможности наблюдений в 25 различных диапазонах инфракрасного спектра, стало возможным составить детальную картину атмосферы. Прежде всего, различные вещества поглощают и отражают свет в разных участках спектра, что позволяет более точно определить химический состав атмосферы другой планеты. Кроме того, на более коротких волнах наблюдаются более глубокие слои, а на длинных – верхние. Таким образом, фактически осуществляется трехмерное сканирование.
В результате этого удалось создать трехмерную карту атмосферы экзопланеты WASP-18 b, разработанную международной группой исследователей рассказала в статье для издания Nature Astronomy. В ходе исследования ученые использовали телескоп для наблюдения за экзопланетой. Вместо того чтобы фиксировать ее прохождение по диску звезды, они отслеживали моменты, когда она скрывалась за светилом и появлялась вновь.
Астрофизики проанализировали изменения в яркости звезды и выявили, что на дневной стороне планеты присутствует особенно светлая область, получившая название «горячая точка». Примечательно, что в этой области наблюдается термическая инверсия: с увеличением высоты температура атмосферы повышается, а не понижается. Телескоп «Уэбб» зафиксировал наличие там, помимо водорода и гелия, также небольшие количества оксида титана и ванадия. Вероятно, именно эти элементы ответственны за подобный эффект, поскольку они обладают способностью активно поглощать солнечное излучение.
Вокруг наиболее нагретой области наблюдается зона с более низкими температурами. Однако окраинные участки освещенной стороны оказываются заметно теплее, чем предсказывает теоретический расчет. Согласно одной из гипотез, под воздействием излучения звезды молекулы водорода расщепляются на атомы, при этом происходит интенсивное поглощение тепла. Затем потоки газа переносят их к темной стороне, где они вновь объединяются в молекулы и выделяют тепло. Также возможно, что облака, расположенные на темной стороне, удерживают тепло и препятствуют его рассеиванию в космическое пространство.
Несмотря на очень высокую температуру WASP-18 b, на ней присутствует водяной пар. Однако и здесь есть одна сложность: концентрация водяного пара за пределами зоны повышенной температуры значительно ниже, чем в ней. Как можно предположить, это не согласуется с общепринятыми представлениями. Существует гипотеза, что мы можем не замечать водяной пар вблизи краев экзопланеты, поскольку наблюдаем за ними под определенным углом.