Астрономы впервые смогли увидеть трехмерную структуру атмосферы экзопланеты.
Ультрагорячий юпитер WASP-121 b, также называемый Тайлос, находится на расстоянии приблизительно 900 световых лет от Земли, в созвездии Корма в южном полушарии. Он вращается вокруг звезды спектрального класса F с периодом 1,27 земного дня. Его орбита расположена близко к пределу Роша, где приливные силы, возникающие из-за гравитационного взаимодействия со звездой, могут разрушить тело таких размеров. Важно отметить, что звезда достаточно яркая для спектроскопических наблюдений экзопланеты, поэтому астрономы активно изучают гиганта с момента его открытия в 2016 году. Недавно, благодаря Тайлосу, ученые разработали новый возможный сценарий формирования подобных планет.
Несмотря на относительно favorable условия для исследования, остается множество вопросов относительно динамики атмосферы WASP-121 b. Из-за близости к звезде ее атмосферные слои сильно нагреваются днем и остывают ночью, что влияет на химико-физические процессы и движение воздушных потоков. Ветрам есть где разгуляться — экзопланета раздута: она лишь на 16% тяжелее Юпитера, но на 75% больше по размеру. В результате гигант оказывается в 2,5 раза менее плотным, чем Сатурн, который является рекордсменом по этому параметру в нашей системе.
«Поведение атмосферы этой планеты представляет собой вызов для нашего понимания того, как функционирует погода не только на Земле, но и на всех планетах. Это похоже на научную фантастику», — прокомментировала Джулия Виктория Сейдел, исследователь из Европейской южной обсерватории и ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature.
Для различения структуры и динамики атмосферы WASP-121 b на различных «глубинах», исследователи сравнивали спектральные линии различных элементов. Для глубоких слоев, где давление относительно высокое, использовали железо, для средних слоев — натрий, а для верхних — натрий и водород.
Благодаря такому подходу астрономы смогли «увидеть» всю атмосферу за один транзит. Им удалось впервые создать трехмерную «карту» атмосферы этой экзопланеты и выявить воздушные потоки. Ученые использовали данные, собранные спектрографом ESPRESSO, который комбинирует данные с четырех крупных телескопов в составе комплекса VLT.
«Результаты нас поразили: реактивный поток переносит вещества по экватору планеты, в то время как другой поток, находящийся в более глубоких слоях атмосферы, переносит газ с горячей стороны на холодную. Мы еще не наблюдали такого климата ни на одной планете. Даже самые сильные ураганы в Солнечной системе кажутся легким ветерком по сравнению с этим», — пояснила Сейдел.
В течение дня температура воздуха повышается на 677 ± 286 градусов Цельсия. Скорость реактивного потока увеличивается с 13,7 ± 6,1 километра в секунду утром до 26,8 ± 7,13 километра в секунду вечером (эти оценки не учитывают вращение экзопланеты). Кстати, недавно был установлен новый рекорд по скорости воздушного потока — 7,7 километра в секунду с учетом вращения планеты на горячем юпитере WASP-127b.
Помехи значительно усложняют наблюдения за атмосферами экзопланет. Тем не менее такие исследования позволяют накопить данные по различным экзопланетам, улучшить существующие модели общей циркуляции и подготовиться к запуску нового поколения телескопов. Например, строящийся в Чили комплекс ELT и сопутствующий ему спектрограф ANDES помогут изучать ветры на землеподобных экзопланетах.