Исследователи рассказали больше о WASP-121b, планете, открытой в 2015 году. WASP-121b «приливно-заблокирована», что означает, что одна и та же сторона всегда обращена к своей звезде. На его жаркой дневной стороне, обращенной к звезде, переносимые по воздуху металлы и минералы испаряются.
Но на более прохладной ночной стороне видны металлические облака и «дождь из жидких драгоценных камней».
Астрономы получили «наиболее четкое представление» о вечно темной стороне экзопланеты «горячего Юпитера», которая, по их утверждениям, содержит железные облака, титановый дождь и ветры, которые затмевают реактивный поток Земли, пишет dailymail.co.uk.
Планета, названная WASP-121b, представляет собой массивный газовый гигант, почти в два раза превышающий размер Юпитера и находящийся на расстоянии около 850 световых лет от Земли.
WASP-121b имеет одну из самых коротких орбит, обнаруженных на сегодняшний день, и совершает оборот вокруг своей звезды всего за 30 часов.
Он заблокирован приливом, то есть всегда одной и той же стороной обращен к своей звезде, а его более холодная «ночная» сторона навсегда повернута к космосу.
Фото: NASA
Исследователи определили, как вода меняет физическое состояние при перемещении между полушариями WASP-121 b, основываясь на данных, собранных космическим телескопом НАСА «Хаббл».
В то время как переносимые по воздуху металлы и минералы испаряются на жаркой дневной стороне, на более прохладной ночной стороне видны металлические облака и дождь из жидких драгоценных камней.
WASP-121b был обнаружен в 2015 году в созвездии Корма и известен как «Горячий Юпитер» — гигантская газовая планета, похожая на Юпитер, на близкой орбите вокруг своей родительской звезды.
Новое исследование было проведено международной группой авторов, включая экспертов из Института Кавли Массачусетского технологического института в Кембридже, штат Массачусетс, и Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия.
«Горячие юпитеры известны тем, что у них очень яркие дневные стороны, но ночная сторона — это совсем другой зверь», — сказал автор исследования Тансу Дайлан из Института Кавли Массачусетского технологического института.
«Ночная сторона WASP-121b примерно в 10 раз слабее, чем ее дневная сторона».
В прошлом астрономы обнаружили молекулы воды WASP-121b и изучили, как температура атмосферы меняется с высотой на дневной стороне планеты.
В рамках нового исследования международная команда наблюдала за WASP-121b с помощью спектроскопической камеры на борту космического телескопа НАСА «Хаббл».
Они нанесли на карту резкие изменения температуры с дневной на ночную сторону, чтобы увидеть, как эти температуры меняются с высотой.
Они также отследили присутствие воды в атмосфере, чтобы впервые показать, как вода циркулирует между дневной и ночной сторонами планеты.
В целом команда наблюдала за WASP-121b на двух полных орбитах — один в 2018 году, а другой в 2019 году.
Для обоих наблюдений исследователи просматривали световые данные для определенной линии или «спектральной особенности», которая указывала на присутствие водяного пара.
С помощью этой техники и моделирования данных группа исследовала верхние слои атмосферы WASP-121 b по всей планете и при этом впервые наблюдала полный водный цикл экзопланеты.
На Земле вода постоянно меняет свое физическое состояние. Твердый лед тает в жидкую воду, которая испаряется в газ, а затем конденсируется в капли, образуя облака.
Круговорот воды на Земле завершается, когда эти капельки превращаются в капли дождя, которые в конечном итоге падают вниз, заполняя реки и океаны.
Но, по словам команды, на WASP-121b круговорот воды «намного более интенсивен».
На дневной стороне атомы, из которых состоит вода, разрываются на части при температуре почти 5000 градусов по Фаренгейту, или более 3000 градусов по Кельвину.
Эти атомы уносятся на ночную сторону, где более низкие температуры позволяют атомам водорода и кислорода рекомбинировать в молекулы воды, которые затем уносятся обратно на дневную сторону, где цикл начинается снова.
Команда подсчитала, что круговорот воды на планете поддерживается ветрами, которые разгоняют атомы вокруг планеты со скоростью более 11 000 миль в час.
Смена воды также позволила команде составить карту температурного профиля как дневной, так и ночной стороны планеты. Исследователи обнаружили, что его дневная сторона колеблется от 4040°F (2500 Кельвинов) в самом глубоком наблюдаемом слое до 5840°F (3500 Кельвинов) в самых верхних слоях.
Ночная сторона колебалась от 2780°F (1800) Кельвина в самом глубоком слое до 2240°F (1500 Кельвина) в верхних слоях атмосферы.
Интересно, что температурные профили колебались, повышаясь с высотой на дневной стороне и понижаясь с высотой на ночной стороне.
Затем исследователи пропустили температурные карты через различные модели, чтобы определить химические вещества, которые, вероятно, существуют в атмосфере планеты, учитывая определенные высоты и температуры.
Это моделирование выявило потенциал для металлических облаков, таких как железо, корунд и титан, на ночной стороне.
Из их карты температуры команда также заметила, что самая горячая область планеты смещена к востоку от «подзвездной» области непосредственно под звездой. Они пришли к выводу, что это смещение связано с сильным ветром.
«Газ нагревается в подзвездной точке, но выдувается на восток, прежде чем сможет повторно излучаться в космос», — сказал соавтор Томас Микал-Эванс из Института астрофизики и космических исследований им. Кавли при Массачусетском технологическом институте.
Судя по размеру смены, команда подсчитала, что скорость ветра составляет около 11 000 миль в час.
«Эти ветры намного быстрее нашего реактивного течения и, вероятно, могут перемещать облака по всей планете примерно за 20 часов», — добавил Дейлан.
В целом, по словам команды, исследование знаменует собой большой шаг в расшифровке глобальных циклов материи и энергии в атмосферах экзопланет.
Астрономы зарезервировали время на космическом телескопе Джеймса Уэбба для наблюдения за WASP-121b в конце этого года.
Новая обсерватория НАСА стоимостью 10 миллиардов долларов (7,4 миллиарда фунтов стерлингов) может отображать изменения не только водяного пара, но и угарного газа, который, как подозревают ученые, должен находиться в атмосфере.
«Это будет первый раз, когда мы сможем измерить углеродсодержащую молекулу в атмосфере этой планеты», — говорит Микал-Эванс. «Количество углерода и кислорода в атмосфере дает представление о том, где формируются такие планеты».
Новое исследование было опубликовано сегодня в журнале Nature Astronomy .
Ученые изучают атмосферу далеких экзопланет с помощью огромных космических спутников, таких как Хаббл.
Далекие звезды и планеты, вращающиеся вокруг них, часто имеют условия, не похожие ни на что, что мы видим в нашей атмосфере.
Чтобы понять эти новые миры и то, из чего они сделаны, ученым необходимо определить, из чего состоит их атмосфера.
Они часто делают это с помощью телескопа, похожего на телескоп НАСА «Хаббл».
Эти огромные спутники сканируют небо и захватывают экзопланеты, которые, по мнению НАСА, могут представлять интерес.
Здесь датчики на борту выполняют различные формы анализа.
Один из наиболее важных и полезных методов называется абсорбционной спектроскопией.
Эта форма анализа измеряет свет, исходящий из атмосферы планеты.
Каждый газ поглощает свет с разной длиной волны, и когда это происходит, в полном спектре появляется черная линия.
Эти линии соответствуют очень специфической молекуле, что указывает на ее присутствие на планете.
Их часто называют линиями Фраунгофера в честь немецкого астронома и физика, впервые обнаружившего их в 1814 году.
Комбинируя световые волны с различной длиной волны, ученые могут определить все химические вещества, из которых состоит атмосфера планеты.
Ключ в том, что то, чего не хватает, дает ключ к разгадке того, что присутствует.
Жизненно важно, чтобы это делалось с помощью космических телескопов, так как тогда мешала бы атмосфера Земли.
Поглощение химическими веществами в нашей атмосфере может исказить образец, поэтому важно изучить свет до того, как он достигнет Земли.
Это часто используется для поиска гелия, натрия и даже кислорода в инопланетных атмосферах.