Перистые облака из водяного льда, могут окружать экзопланету, похожую на Юпитер

Группа астрономов под руководством Элизабет Мэтьюз из Института астрономии им. Макса Планка (MPIA) обнаружила, что атмосфера экзопланеты Эпсилон Инди Аб (Epsilon Indi Ab), похожей на Юпитер, содержит плотные ледяные облака, что указывает на ограниченность большинства современных моделей атмосфер. Исследователи выявили неожиданный дефицит аммиака по сравнению с ожидаемым уровнем, что лучше всего объясняется наличием высотных водяных облаков, напоминающих перистые облака Земли. Результаты этого открытия опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.

Исследование, проведенное международной группой астрономов во главе с Элизабет Мэтьюз из Института астрономии им. Макса Планка, демонстрирует существенные ограничения современных теоретических моделей атмосфер экзопланет. Объектом изучения стала экзопланета Эпсилон Инди Аб — холодный газовый гигант, обращающийся вокруг звезды Эпсилон Инди А в южном созвездии Индейца.

Эта планета значительно массивнее Юпитера, ее масса оценивается в 7,6 массы Юпитера, однако по диаметру она примерно равна ему. Эпсилон Инди Аб находится на расстоянии примерно в четыре раза дальше от своей звезды, чем Юпитер от Солнца, а сама звезда чуть менее массивна и прохладна, чем наша. Температура поверхности планеты составляет около 200–300 Кельвинов (от -70 до +20 градусов Цельсия), что делает ее лишь немного теплее Юпитера (140 К) благодаря остаточному теплу, сохранившемуся со времен формирования. В будущем, в течение миллиардов лет, она будет остывать и станет холоднее Юпитера.

Для наблюдений ученые использовали инструмент MIRI космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST). Ключевым элементом метода стало применение коронографа, который блокирует свет центральной звезды, иначе затмевающий тусклое излучение планеты. Команда получила изображение Эпсилон Инди Аб через очень специфический фильтр с длиной волны 11,3 мкм, что находится чуть за пределами диапазона, характерного для молекул аммиака (около 10,6 мкм). Сравнив это изображение со снимками на длине волны 10,6 мкм, полученными ранее в 2024 году, астрономы смогли оценить количество аммиака в атмосфере. Ожидалось, что, как и у Юпитера, в верхних слоях атмосферы Эпсилон Инди Аб будет преобладать аммиак и аммиачные облака. Однако фотометрическое сравнение выявило значительно меньшее содержание аммиака, чем предсказывали модели.

Наилучшим объяснением этого дефицита, по мнению исследователей, является присутствие плотных, но неоднородных облаков из водяного льда. Такие облака напоминают высотные перистые облака в земной атмосфере и стали неожиданным усложняющим фактором. Проблема в том, что большинство опубликованных на сегодняшний день моделей планетных атмосфер попросту не учитывают облака, поскольку их включение значительно усложняет вычисления.

Таким образом, открытие напрямую указывает на необходимость пересмотра теоретических подходов. Джеймс Манг из Техасского университета в Остине, соавтор работы, подчеркивает, что это замечательная проблема, свидетельствующая об огромном прогрессе, достигнутом благодаря JWST: то, что раньше казалось невозможным обнаружить, теперь становится доступным для изучения, раскрывая новые уровни сложности атмосфер далеких миров.

С практической точки зрения, высокая отражательная способность водяных ледяных облаков открывает возможности для их наблюдения другими телескопами. В частности, запуск космического телескопа Нэнси Грейс Роман, запланированный на 2026–2027 годы, партнером которого является MPIA, должен идеально подойти для таких исследований.

Параллельно команда ученых уже подает заявки на дополнительное наблюдательное время на JWST для изучения других холодных аналогов Юпитера. Важно отметить, что используемая методика прямого получения изображений с помощью коронографа и фильтрации на определенных длинах волн имеет более широкие последствия. Она представляет собой конкретный шаг на пути к конечной цели астрономии экзопланет — поиску и характеристике землеподобных планет с потенциальными признаками жизни. Хотя для детального изучения таких экзопланет потребуются еще более совершенные телескопы, каждое такое исследование приближает понимание того, как искать жизнь на далеких мирах.

Краткий итог: работа Элизабет Мэтьюз и ее коллег показала, что у холодного сверх-Юпитера Эпсилон Инди Аб содержание аммиака в атмосфере ниже прогнозируемого из-за наличия плотных водяных ледяных облаков, что вскрывает серьезный недостаток большинства существующих моделей атмосфер, игнорирующих облака, и одновременно прокладывает путь к будущим наблюдениям за землеподобными планетами с помощью новых космических телескопов.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях