Не идеальный шар: WASP-17b оказалась планетой с вытянутой и раскаленной атмосферой

Астрономы с помощью телескопа Джеймс Уэбб обнаружили, что атмосфера горячего юпитера WASP-17b имеет асимметричную, вытянутую форму с разницей температур около 650 кельвинов между утренней и вечерней сторонами. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, впервые применило метод «передающих струн» для построения трехмерной картины атмосферы экзопланеты.

До сих пор, когда мы думали об экзопланетах, в воображении возникал аккуратный шар, равномерно освещенный собственной звездой. Но чем больше астрономы всматриваются в эти далекие миры, тем яснее становится: идеальных сфер там нет. Атмосферы гигантских планет, расположенных вплотную к своим звездам, раздуваются, перекашиваются и меняются. Новое исследование горячего юпитера WASP-17b не просто подтверждает эту догадку, оно показывает, насколько причудливой может быть форма газовой оболочки, если посмотреть на нее под правильным углом.

Экзопланета WASP-17b находится примерно в 1300 световых годах от Земли и относится к классу так называемых горячих юпитеров: это газовые гиганты, которые обращаются вокруг своих звезд за считаные дни и всегда повернуты к ним одной и той же стороной. Такая близость означает, что одно полушарие планеты постоянно раскалено, а другое погружено в вечную ночь. Между ними возникает мощный перепад температур, который порождает ветры, переносящие тепло с дневной стороны на ночную. Именно эти потоки и деформируют атмосферу, придавая ей вытянутую, асимметричную форму.

Чтобы разглядеть эту форму, международная команда ученых применила новый метод. Он получил название «передающие струны», или транзитное картирование. Его суть в том, что планета наблюдается не в момент, когда она скрывается за звездой, а когда проходит перед ней. Свет звезды в этот момент просвечивает сквозь атмосферу планеты по касательной, и, анализируя, как меняется это свечение под разными углами, можно понять, где атмосфера выше, где ниже и где она горячее. Традиционные подходы усредняли все эти данные, получая один общий спектр. Новый метод позволяет разглядеть отдельные «камни» на этом кольце, то есть локальные участки лимба, а не только всю картину целиком.

Результат превзошел ожидания. Ученые обнаружили четкий перепад высоты атмосферы: на вечерней стороне экватора, там, где ветры приносят разогретый газ с дневного полушария, атмосфера раздута значительно сильнее, чем на утренней. Разница температур между этими областями составляет около 650 кельвинов. Это не просто красивое число, оно точно совпадает с тем, что предсказывали компьютерные модели и что показывали другие наблюдения, включая измерения теплового излучения ночной стороны и картирование затмений. Более того, метод позволил оценить содержание водяного пара и углекислого газа в разных частях лимба и убедиться, что их концентрация остается примерно постоянной. Для специалистов по глобальным циркуляционным моделям это важнейшая проверка: теория и наблюдения наконец сошлись в одной точке.

Ханна Уэйкфорд, соавтор работы и доцент Бристольского университета, признается, что видеть, как разрозненные данные складываются в стройную и динамичную картину мира, находящегося за тысячу световых лет, было невероятно захватывающе. Это подтверждение концепции, что планеты действительно трехмерны, и что их атмосферы живут своей сложной, хаотичной жизнью, которую мы только начинаем наблюдать напрямую, а не только моделировать на компьютере.

Успех WASP-17b открывает дорогу к картированию других экзопланет. Метод передающих струн позволяет различать условия не только между дневной и ночной сторонами, но и между разными широтами — от экватора до полюсов. Это первый шаг к созданию настоящих метеорологических карт далеких миров, где можно будет увидеть, как формируются погодные закономерности в климате других планет.

В исследовании использовались данные, собранные в рамках программы гарантированных временных наблюдений телескопа Джеймс Уэбб, и это лишь начало. Чем больше горячих юпитеров попадет в объектив, тем яснее станет, насколько разнообразными и многогранными могут быть атмосферы планет за пределами Солнечной системы.

В результате исследования впервые удалось не просто подтвердить, что атмосфера WASP-17b асимметрична, но и измерить ее форму и температуру в разных точках лимба, связав эти данные с движением ветров между дневной и ночной сторонами. Метод передающих струн доказал свою работоспособность и открыл путь к построению трехмерных карт атмосфер далеких экзопланет, что приближает астрономов к пониманию погоды и климата чужих миров.