Международная группа астрономов впервые провела детальное сравнение свойств атмосферы по разные стороны границы дня и ночи на сверхгорячей экзопланете WASP-121 b. Статья об этом исследовании была опубликована в журнале Nature Astronomy.

WASP-121 b относится к классу так называемых ультрагорячих юпитеров – газовых гигантов, обращающихся очень близко к своим звездам. Из-за приливного воздействия звезды планета всегда повернута к звезде одной стороной, подобно тому, как Луна обращена одной стороной к Земле. В результате одно полушарие постоянно нагревается светом звезды, а на другом царит ночь.

Планета WASP-121 b – один из наиболее экстремальных примеров подобных тел, известных астрономам. Температура на ее дневной стороне достигает примерно 2770 К, а на ночной стороне температура значительно ниже и составляет примерно 1000 К. Такой контраст создает мощные атмосферные потоки, переносящие тепло между полушариями.

Астрономы поставили перед собой задачу проверить, насколько отличаются по своим свойствам области рассвета и заката, т. е. зоны перехода между дневной и ночной сторонами. Для этого они проводили съемку при помощи спектрографа NIRSpec космической обсерватории им. Уэбба (JWST) во время прохождения планеты перед диском ее звезды.

Когда экзопланета пролетает перед своей звездой, часть света звезды проходит через ее атмосферу. Находящиеся в атмосфере газы поглощают свет на определенных длинах волн, что позволяет по снятому спектру излучения определить состав воздуха. Обычно такие наблюдения усредняют по всему времени транзита, однако в новой работе ученые анализировали изменения сигнала по мере движения планеты, фактически изучая атмосферу на разной долготе. Во время полного транзита WASP-121 b успевает повернуться примерно на 30 градусов. Этого оказалось достаточно для исследования областей рассвета и заката по отдельности. Статистический анализ показал, что сигнал действительно меняется по ходу наблюдений, а значит, атмосфера планеты неоднородна.

Согласно полученным данным, область заката поглощает больше инфракрасного излучения, чем область рассвета. Наиболее вероятное объяснение этого связано с сильными восточными ветрами, которые переносят тепло с дневной стороны. Нагретый воздух достигает вечернего терминатора, из-за чего атмосфера там становится горячее и расширяется. Увеличенный объем атмосферы эффективнее поглощает свет звезды.

Дополнительные сведения дали спектральные наблюдения угарного газа и водяного пара. В районе терминатора ученые зарегистрировали усиление сигнала угарного газа. Однако анализ показал, что речь идет не о росте концентрации молекул, а о влиянии на характер излучения более высокой температуры.

С водяным паром ситуация иная. Наблюдения свидетельствуют о реальном уменьшении количества молекул воды в более горячей области атмосферы. По мнению ученых, температура там достаточно высока, чтобы водяной пар частично распадался на составляющие элементы. Это еще одно важное подтверждение переноса тепла к вечерней стороне планеты.

Для интерпретации результатов авторы использовали компьютерные модели атмосферной циркуляции. Хотя расчеты в целом воспроизвели обнаруженную асимметрию между рассветом и закатом, реальные различия оказались заметно сильнее прогнозируемых.

Одно из возможных объяснений этого расхождения связано с облаками. Это должны быть не водяные облака, а об облака из силикатов и других минеральных соединений, способных существовать при экстремально высоких температурах. Они могут эффективно экранировать тепловое излучение из нижних слоев атмосферы и создавать впечатление более низкой температуры. С введением этого эффекта модели стали значительно лучше соответствовать наблюдениям, хотя окончательно подтвердить существование облаков нельзя.

Новая методика открывает новую возможность для изучения структуры атмосфер экзопланет. Уже сейчас определены несколько подходящих ультрагорячих газовых гигантов для аналогичных наблюдений.

• Вперёд >