Атмосфера экзопланеты WASP-121b показывает необычные погодные явления
Астрономы совершили прорыв в изучении экзопланет, впервые составив трехмерную карту атмосферы планеты WASP-121b, также известной как Tylos. Это открытие стало возможным благодаря объединению мощности четырех телескопов Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской Южной Обсерватории (ESO) в Чили.
Планета, расположенная в 900 световых годах от Земли в южном созвездии Корма, относится к классу сверхгорячих Юпитеров — газовых гигантов, которые находятся чрезвычайно близко к своим звездам. Год на WASP-121b длится всего около 30 земных часов, а из-за приливного захвата одна сторона планеты всегда обращена к звезде, достигая экстремально высоких температур, в то время как другая сторона остается в тени и значительно холоднее.
Исследователи обнаружили, что атмосфера WASP-121b демонстрирует сложные и необычные погодные явления, которые бросают вызов современным представлениям о климатических процессах на планетах. В частности, были выявлены мощные ветры, переносящие химические элементы, такие как железо и титан, между горячей и холодной сторонами планеты. Эти ветры создают уникальные погодные узоры, включая струйное течение, которое охватывает половину планеты и движется с огромной скоростью, перемешивая атмосферу на большой высоте. По словам ученых, даже самые сильные ураганы в Солнечной системе кажутся спокойными по сравнению с этими явлениями.
Когда планета проходит перед звездой-хозяином, атомы в атмосфере планеты поглощают определенные цвета или длины волн света звезды, которые можно измерить с помощью спектрографа. На основе этих данных, полученных в данном случае с помощью прибора ESPRESSO на Очень большом телескопе ESO, астрономы могут восстановить состав и скорость различных слоев атмосферы.
Самый глубокий слой — это ветер из железа, который дует от той точки планеты, где звезда находится прямо над головой. Над этим слоем находится очень быстрая струя натрия, которая движется быстрее, чем вращается планета. Эта струя фактически ускоряется по мере того, как она движется от утренней стороны к вечерней стороне планеты. Наконец, есть верхний слой водородного ветра, дующего наружу. Этот водородный слой перекрывает натриевую струю под ним.
Для изучения атмосферы WASP-121b астрономы использовали спектрограф ESPRESSO, установленный на VLT. Этот инструмент объединил свет от всех четырех телескопов, что позволило получить более детальные данные о химическом составе и структуре атмосферы. Наблюдения проводились в течение полного прохождения планеты перед своей звездой, что дало возможность изучить различные слои атмосферы. Ученые отследили перемещения железа, натрия и водорода, что помогло создать трехмерную модель атмосферных потоков. Железо было обнаружено в верхних слоях атмосферы, натрий — в средних, а водород — в поверхностных, что позволило проследить движение ветров на разных высотах.
Одним из самых неожиданных открытий стало обнаружение титана в нижних слоях атмосферы. Ранее этот элемент не удавалось зафиксировать, вероятно, из-за того, что он был скрыт глубоко в атмосфере. Это открытие подчеркивает сложность и многослойность атмосферы WASP-121b, а также указывает на необходимость дальнейших исследований для понимания ее химического состава и динамики.
Исследование WASP-121b стало важным шагом в изучении экзопланет, демонстрируя возможности современных наземных телескопов. Однако для анализа атмосфер более мелких планет, похожих на Землю, потребуются более мощные инструменты.
Одним из них станет Extremely Large Telescope (ELT), который в настоящее время строится в чилийской пустыне Атакама. ELT, оснащенный инструментом ANDES, позволит изучать атмосферы экзопланет с еще большей детализацией, открывая новые горизонты в поиске потенциально обитаемых миров.
Ученые подчеркивают, что это открытие не только расширяет наши знания о далеких планетах, но и ставит новые вопросы о том, как формируются и эволюционируют атмосферы в экстремальных условиях. Исследование WASP-121b показывает, что даже в самых необычных и экстремальных условиях могут существовать сложные и динамичные атмосферные процессы, которые ранее считались невозможными.