Ультрагорячие Юпитеры представляют собой гигантские планеты, служащие для изучения атмосферных процессов в условиях экстремальных температур. Поскольку в нашей Солнечной системе нет подобных планет, ученым приходится искать их в других звездных системах. Впервые исследователям представилась возможность изучить структуру атмосферы и проследить движение ураганных ветров на одном из ультрагорячих гигантов.
Ультрагорячий юпитер WASP-121 b, также известный как Тайлос, находится на расстоянии около 900 световых лет от Земли, в направлении созвездия Кормы, расположенного в южном полушарии. Он вращается вокруг звезды спектрального класса F с периодом, составляющим 1,27 земного дня. Его орбита проходит вблизи предела Роша, где приливные силы, вызванные гравитационным взаимодействием со звездой, могут привести к разрушению объекта таких размеров. Благодаря достаточной яркости звезды, позволяющей проводить наблюдения за спектром экзопланеты, астрономы активно изучают этот гигант с момента его открытия в 2016 году. Недавно с помощью Тайлоса ученые составили новый возможный сценарий формирования таких планет.
Вопросы к динамике атмосферы WASP-121 b остаются, несмотря на благоприятные условия для ее изучения. Близость к звезде приводит к сильному нагреву слоев планеты в течение дня и их охлаждению ночью, что оказывает влияние как на химико-физические процессы, так и на движение воздушных потоков. При этом ветрам доступно достаточно пространства для развития, поскольку экзопланета значительно раздута: ее масса превышает массу Юпитера лишь на 16%, в то время как размер больше в 75%. Таким образом, плотность этого гиганта в 2,5 раза ниже, чем у Сатурна, который является рекордсменом по этому показателю в нашей Солнечной системе.
«Атмосферные процессы на этой планете бросают вызов нашему пониманию того, как формируется погода, не только на Земле, но и на других планетах. Это выглядит как сценарий из научно-фантастического произведения», — объяснила Согласно статье, автором является Джулия Виктория Сейдел, исследователь из Европейской южной обсерватории, опубликованной сегодня в журнале Nature.
Для изучения строения и динамики атмосферы WASP-121 b на различных высотах, ученые сопоставляли спектральные линии разных элементов. Железо применялось для анализа глубоких слоев, где наблюдается более высокое давление, натрий – для средних, а для верхних слоев использовали натрий и водород.
Используя данный метод, астрономы смогли проанализировать всю атмосферу за один транзит. Впервые удалось создать трехмерную «карту» атмосферы экзопланеты и определить наличие воздушных потоков. Для этого ученые использовали данные, полученные спектрографом ESPRESSO, который объединяет информацию с четырех крупных телескопов, входящих в комплекс VLT.
«Результаты оказались неожиданными: реактивный поток транспортирует вещество вдоль экватора планеты, а другой поток, расположенный в более глубоких слоях атмосферы, перемещает газ с горячей стороны на холодную. Подобного климата мы не наблюдали ни на одной из известных планет. Даже самые мощные ураганы в Солнечной системе кажутся незначительным ветерком в сравнении с этим явлением, — объяснила Сейдел.
В течение суток температура воздуха повышается на 677 ± 286 градусов Цельсия. Скорость реактивного потока увеличивается от 13,7 ± 6,1 километра в секунду в утренние часы до 26,8 ± 7,13 километра в секунду к вечеру (при этом вращение экзопланеты не было учтено). Кстати, недавно был поставлен новый рекорд по скорости воздушного потока — 7,7 километра в секунду с учетом вращения планеты на горячем юпитере WASP-127b.
Наблюдения за атмосферами экзопланет серьезно затруднены из-за помех. Однако эти исследования позволяют получить информацию о различных экзопланетах, усовершенствовать существующие модели общей циркуляции и подготовиться к использованию телескопов нового поколения. Например, комплекс ELT, строящийся в Чили, и сопутствующий ему спектрограф ANDES позволят изучать ветры на экзопланетах, похожих на Землю.