Астрономи вперше виявили тривимірну структуру атмосфери екзопланети.

Ультрагострий юпітер WASP-121 b, також відомий як Тайлос, розташований приблизно за 900 світлових років від Землі, у напрямку сузір'я Корма південної півкулі. Він обертається навколо зірки спектрального класу F з періодом 1,27 земного дня. Його орбіта проходить близько до межі Роша, де припливні сили від гравітаційної взаємодії зі зіркою здатні зруйнувати таке тіло. Головне, що зірка достатньо яскрава для спостережень за спектром екзопланети, тому астрономи активно спостерігають за гігантом з моменту його відкриття у 2016 році. Нещодавно за допомогою Тайлоса науковці склали новий можливий сценарій формування таких планет.

Незважаючи на відносно сприятливі умови для вивчення, залишається багато запитань щодо динаміки атмосфери WASP-121 b. Через близькість до зірки її шари сильно нагріваються вдень і охолоджуються вночі, що впливає як на хіміко-фізичні процеси, так і на рух повітряних потоків. При цьому вітрам є де розгорнутися — екзопланета роздута: вона лише на 16% масивніша за Юпітер, але на 75% більша за розміром. Виходить, гігант у 2,5 рази менш щільний, ніж Сатурн, рекордсмен за цим параметром у нашій системі.

«Поведінка атмосфери цієї планети — це виклик для нашого розуміння того, як працює погода не лише на Землі, а й на всіх планетах. Це схоже на наукову фантастику», — пояснила Джулія Вікторія Сейдел, дослідниця з Європейської південної обсерваторії, провідна авторка статті, опублікованої сьогодні в журналі Nature.

Щоб розрізнити будову та динаміку атмосфери WASP-121 b на різній «глибині», дослідники порівнювали спектральні лінії різних елементів. Для глибоких шарів, де відносно високий тиск, вони використовували залізо, для середніх шарів — натрій, для верхніх — натрій і водень.

Завдяки такому підходу астрономи «побачили» всю повітряну товщу за один транзит. Їм вдалося вперше отримати тривимірну «карту» атмосфери такої екзопланети та виявити повітряні потоки. Вчені використали дані, зібрані спектрографом ESPRESSO, що об'єднує дані з чотирьох великих телескопів у складі комплексу VLT.

«Нас вразили результати: реактивний потік несе речовину по екватору планети, у той час як інший потік, у більш глибоких шарах атмосфери, переносить газ з гарячої сторони на холодну. Ні на одній планеті ми ще не бачили такого клімату. Навіть найсильніші урагани в Сонячній системі виглядають легким вітерцем у порівнянні», — пояснила Сейдел.

Протягом дня повітря нагрівається на 677 ± 286 градусів Цельсія. Швидкість реактивного потоку зростає з 13,7 ± 6,1 кілометра на секунду вранці до 26,8 ± 7,13 кілометра на секунду ввечері (в цих оцінках не враховано обертання екзопланети). До речі, нещодавно був поставлений новий рекорд швидкості повітряного потоку — 7,7 кілометра на секунду з урахуванням обертання планети на гарячому юпітері WASP-127b.

Перешкоди сильно ускладнюють спостереження за атмосферами екзопланет. Тим не менш, подібні дослідження дозволяють накопичити дані по різних екзопланетах, поліпшити існуючі моделі загальної циркуляції та підготуватися до запуску нового покоління телескопів. Так, що будується в Чилі комплекс ELT і супутній йому спектрограф ANDES допоможуть вивчати вітри землеподібних екзопланет.