Исследователи наблюдали циклы облаков на экзопланете, используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба. В исследовании, опубликованном в журнале Science 21 мая, анализировалась планета WASP-94A b, расположенная примерно в 700 световых годах от Земли, в созвездии Микроскопий, и выяснилось, как резко меняется ее атмосфера между дневным и ночным временем.
Наблюдения показывают поразительную дихотомию между двумя сторонами планеты. Облака силиката магния — минеральных соединений, обнаруженных в горных породах — образуются утром, но полностью исчезают в сумерках, когда температура превышает 1000 ºC.
В газовом гиганте обнаружен цикл атмосферы
WASP-94A b классифицируется как «горячий Юпитер» из-за своих размеров и высокой температуры. Эти планеты вращаются очень близко к своим звездам — ближе, чем Меркурий к Солнцу, — что делает их идеальными лабораториями для изучения динамики облаков в экстремальных атмосферах.
Исследователи проследили за прохождением планеты перед своей звездой с помощью JWST. Телескоп позволил наблюдать отдельно два края планеты во время транзита: область, где воздух уходит с ночной стороны в сторону освещенной стороны (рассвет), и противоположную область, где поток идет от дня к ночи (сумерки).
Утренняя часть была заполнена магниево-силикатными облаками, а вечерняя сторона была совершенно ясной. Дэвид Синг, заслуженный профессор наук о Земле и планетах Bloomberg в Университете Джонса Хопкинса, подчеркивает масштабность открытия:
- Предыдущее ожидание: только естественные различия, такие как более низкая температура по утрам.
- Настоящее открытие: истинная климатическая дихотомия между обеими сторонами
- Решающее изменение: огромные различия в облачном покрове полностью меняют вид планеты
Объяснения атмосферного явления
Исследователи предлагают два возможных механизма для объяснения наблюдаемой закономерности. Первая гипотеза предполагает чрезвычайно сильные ветры, которые поднимают облака на более холодной стороне планеты и толкают их глубже в атмосферу, когда они достигают теплой стороны. Вторая возможность аналогична тому, что происходит с утренними туманами на Земле: облака будут формироваться на темной стороне и испаряться при достижении температуры выше 1000 ºC на освещенной части планеты.
Синг сравнил предыдущий процесс анализа атмосферы с наблюдением за чем-то через запотевшее окно. Теперь, по словам исследователя, ученые смогут не только прояснить свое видение, но и окончательно определить состав облаков и то, как они конденсируются и испаряются при движении по планете.
Обзор планетарного состава
Наблюдения с помощью JWST показали, что состав WASP-94A b отличается от предполагаемого ранее. Предыдущие наблюдения показали, что концентрации кислорода и углерода в сотни раз превышают таковые на Юпитере. Новые данные показывают, что на планете этих элементов всего в пять раз больше, чем на газовом гиганте Солнечной системы.
Это открытие представляет собой значительную поправку к предыдущим оценкам химии атмосферы экзопланеты. Способность телескопа Джеймса Уэбба разрешать мелкие детали позволила гораздо более точно охарактеризовать атмосферу WASP-94A b, чем это было возможно с помощью предыдущих инструментов.
Закономерность выявлена у других газовых гигантов
Используя WASP-94A b в качестве эталона, команда проанализировала восемь других гигантов горячего газа и обнаружила такую же климатическую картину еще на двух планетах: WASP-39 b и WASP-17 b. Такое повторение явления предполагает, что облачные циклы с подобной динамикой могут быть обычным явлением на горячих Юпитерах, которые вращаются близко к своим звездам-хозяевам.
Исследовательская группа теперь намерена расширить исследование с помощью новых программ телескопа Джеймса Уэбба для изучения циклов облаков на различных типах экзопланет. Стратегия наблюдения краев планеты во время ее транзита оказалась чрезвычайно эффективной и будет применяться в будущих исследованиях экзопланетных атмосфер.