Телескоп Джеймс Уэбб изучил вечные восходы и закаты на WASP-39 b

Астрономы с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб наконец подтвердили то, что ранее предсказывали модели: у экзопланет есть различия между атмосферой «вечного утра» и «вечного вечера».

WASP-39 b, планета-гигант диаметром в 1,3 раза больше Юпитера, но по массе схожая с Сатурном, вращается вокруг звезды, находящейся на расстоянии около 700 световых лет от Земли, и приливным образом связана со своей родительской звездой. Это означает, что у нее есть постоянная дневная сторона и постоянная ночная сторона — одна сторона планеты всегда освещена звездой, а другая всегда окутана темнотой.

Используя NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона), астрономы подтвердили разницу температур между вечным утром и вечным вечером на WASP-39 b: вечерняя сторона кажется жарче примерно на 200 градусов по Цельсию. Они также нашли свидетельства различий в облачном покрове, причем вечная утренняя часть планеты, скорее всего, облачнее вечерней.

Астрономы проанализировали 2-5-микронный спектр пропускания WASP-39 b — метод, позволяющий изучить терминатор экзопланеты, границу, разделяющую дневную и ночную стороны планеты. Пропускающий спектр строится путем сравнения звездного света, отфильтрованного через атмосферу планеты, когда она движется перед звездой, с нефильтрованным звездным светом, обнаруженным, когда планета находится рядом со звездой. Проводя такое сравнение, исследователи могут получить информацию о температуре, составе и других свойствах атмосферы планеты.

WASP-39 b стала своего рода эталонной планетой для изучения атмосферы экзопланет с помощью «Уэбба», — говорит Нестор Эспиноза, исследователь экзопланет из Научного института космического телескопа и ведущий автор работы. «У нее раздутая, слоеная атмосфера, поэтому сигнал, исходящий от звездного света, отфильтрованного через атмосферу планеты, довольно сильный».

Ранее опубликованные спектры Уэбба атмосферы WASP-39 b, показавшие наличие углекислого газа, диоксида серы, водяного пара и натрия, представляют всю границу дня и ночи (терминатор) — не было никаких детальных попыток провести различие между одной стороной и другой.

Теперь же новый анализ позволяет получить два разных спектра из области терминатора, по сути, разделяя границу день/ночь на два полукруга: вечерний и утренний. Данные показывают, что вечер значительно жарче — 800 градусов по Цельсию, а утро относительно прохладнее — 600 градусов по Цельсию.

Циркуляция атмосферы на WASP-39 b

Астрономы подтвердили, что циркуляция газа вокруг планеты является основным виновником разницы температур на WASP-39 b.

На сильно облученной экзопланете, такой как WASP-39 b, которая вращается относительно близко к своей звезде, исследователи обычно ожидают, что газ будет двигаться по мере вращения планеты вокруг своей звезды: более горячий газ с дневной стороны должен двигаться вечером на ночную сторону через мощный экваториальное реактивное течение. Поскольку разница температур велика, разница давления воздуха также будет значительной, что, в свою очередь, приведет к высокой скорости ветра.

Используя модели общей циркуляции — трехмерные модели, подобные тем, что используются для предсказания погодных условий на Земле, — исследователи обнаружили, что на WASP-39 b преобладающие ветры, скорее всего, движутся с ночной стороны через утренний терминатор, вокруг дневной стороны, через вечерний терминатор и затем вокруг ночной стороны.

В результате утренняя сторона терминатора холоднее вечерней. Другими словами, утренняя сторона подвергается воздействию ветров воздуха, охлажденного на ночной стороне, в то время как вечерняя сторона подвергается воздействию ветров воздуха, нагретого на дневной стороне. Согласно исследованиям, скорость ветра на WASP-39 b может достигать тысячи километров в час.

«Этот анализ особенно интересен еще и потому, что вы получаете трехмерную информацию о планете, которую раньше не получали», — добавил Нестор Эспиноза. «Поскольку мы можем сказать, что вечерняя сторона более жаркая, это означает, что она немного более раздута. Итак, теоретически на терминаторе, приближающемся к ночной стороне планеты, есть небольшая зыбь».

Результаты были опубликованы в журнале Nature.