В созвездии Микроскопия, на расстоянии почти 700 световых лет от нашей планеты, астрономы, задействовавшие возможности космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), зафиксировали уникальное атмосферное явление. Речь идет о газовом гиганте WASP-94A b, где каждое утро формируются массивные облачные структуры, состоящие из каменных минералов, однако к наступлению вечера эти образования полностью рассеиваются, оставляя небо чистым. Данный феномен, представляющий собой дикий дневной цикл, стал одним из первых случаев, когда ученым удалось напрямую проследить за круговоротом облаков на экзопланете класса «горячий Юпитер».
Исследователи, опубликовавшие результаты своей работы в журнале Science, подчеркивают, что это открытие позволило получить гораздо более ясную картину состава и поведения атмосферы далекого мира. Для изучения WASP-94A b специалисты наблюдали за планетой в момент ее прохождения перед родительской звездой. Во время этого транзита телескоп JWST получил возможность раздельно анализировать передний и задний края небесного тела, когда оно двигалось в свете светила. Передний край соответствует утренней стороне, где атмосферные ветры переносят воздушные массы с более холодной ночной половины на чрезвычайно жаркую дневную. Задний край, в свою очередь, функционирует как вечерняя сторона, где воздух возвращается обратно в темноту.
Экстремальные погодные условия на WASP-94A b
Наблюдения выявили поразительный контраст между утренними и вечерними проявлениями. Утренняя сторона оказалась заполнена облаками из силиката магния и минералов, которые на Земле типичны для горных пород. В ходе исследования ученые смогли не только идентифицировать состав этих твердых образований, но и понять механизмы их конденсации и испарения по мере перемещения по планете. Как отметил соавтор работы и ведущий программы Дэвид Синг, заслуженный профессор наук о Земле и планетах Bloomberg в Университете Джонса Хопкинса, на протяжении двух десятилетий изучения экзопланет облачность оставалась серьезной помехой, подобной попытке разглядеть объект сквозь запотевшее стекло. Теперь же, по его словам, исследователям удалось не просто преодолеть эту преграду, но и впервые детально установить, из чего состоят эти облака и как они трансформируются в условиях экстремального перепада температур между ночной и дневной сторонами.
. Вечерняя сторона, однако, казалась почти безоблачной.
Исследователи полагают, что существует два возможных объяснения исчезновения облаков. Одна из идей заключается в том, что мощные ветры затягивают облака глубоко в атмосфере планеты на палящей дневной стороне, эффективно скрывая их от глаз. Другая возможность заключается в том, что облака испаряются по мере того, как они определяют температуру, превышающую 1000 градусов, по примеру утреннего тумана, сгорающего на Земле, но в гораздо более экстремальных условиях.
«Это был огромный сюрприз. Люди ожидали, что некоторые изображения, например, утро прохладнее, чем вечером — это нечто естественное, что мы наблюдаем здесь, на Земле», — сказал он. — сказал Синг. «Но то, что мы обнаружили, было настоящей дихотомией между погодой на обеих сторонах планеты и признаками облачности, и это меняет всю нашу картину».
Джеймс Уэбб проводит сквозь инопланетные облака
Более ясное вечернее небо дало ученую возможность, которая ранее была невозможна с помощью старых телескопов, таких как Хаббл. Изолировав свободную сторону облака со стороны планеты, исследователи смогли напрямую оценить ту же атмосферу, а не усреднить облачные и светящиеся области вместе.
«С помощью телескопа «Хаббл», когда мы проводим наблюдения такого типа, мы получаем усредненный вид всей планеты с данными облаков и атмосферы, сплющенными вместе и неразличимыми», — сказал он. Сказал первый автор Сагник Мукерджи, научный сотрудник Университета штата Аризона, который на тот момент учился в Университете Джонса Хопкинса и Калифорнийском университете в Санта-Крузе. «Такой подход с использованием JWST позволяет нам локализовать наши наблюдения, что помогло нам увидеть цикл облаков».
Более точные данные также разрешили давнюю загадку химии планеты. Предыдущие измерения, что WASP-94A b содержит больше кислорода и воздуха, чем Юпитер, что не соответствует существующей теории формирования планеты.
Новые наблюдения рисуют совершенно иную картину. По мнению ученых, на этой планете примерно в пять раз больше кислорода и вреда, чем на Юпитере, что делает ее гораздо более похожей на нашу планету-гиганта в Солнечной системе, чем считалось ранее.
Новое окно в инопланетную атмосферу
Горячие Юпитеры — это гигантские газовые планеты, которые вращаются очень близко к своим звездам, даже ближе, чем Меркурий вращается вокруг Солнца. Из-за этой независимости, жары и радиации, Земля предоставляет учёным идеальную природную лабораторию для изучения химии атмосферы и поведения существ в экстремальных условиях.
После изучения WASP-94A b исследовательская группа изучила еще восемь Горячих Юпитеров и выявила аналогичную цикличность облаков еще в двух мирах: WASP-39 b и WASP-17 b.
Далее исследователи планируют прогресс поиска, используя более крупную программу построения JWST, которая будет включать циклы облаков на множестве различных экзопланет, включая необычный газовый гигант, который движется через обитаемую зону по эксцентричной орбите.