Астрономы впервые разглядели трехмерную структуру атмосферы экзопланеты

Ультрагорячий юпитер WASP-121 b, также известный как Тайлос, расположен примерно в 900 световых годах от Земли, в направлении созвездия Корма южного полушария. Он обращается вокруг звезды спектрального класса F с периодом 1,27 земного дня. Его орбита проходит близко к пределу Роша, где приливные силы от гравитационного взаимодействия со звездой способны разрушить тело таких размеров. Главное, что звезда достаточно яркая для наблюдений за спектром экзопланеты, поэтому астрономы активно следят за гигантом с момента его открытия в 2016 году. Недавно с помощью Тайлоса ученые составили новый возможный сценарий формирования таких планет.

Несмотря на относительно благоприятные условия для изучения, остается много вопросов к динамике атмосферы WASP-121 b. Из-за близости к звезде ее слои сильно нагреваются днем и остывают ночью, что влияет и на химико-физические процессы, и на движение воздушных потоков. Причем ветрам есть где развернуться — экзопланета раздута: она лишь на 16% массивнее Юпитера, но на 75% больше по размеру. Получается, гигант в 2,5 раза менее плотный, чем Сатурн, рекордсмен по этому параметру в нашей системе.

«Поведение атмосферы этой планеты — вызов для нашего понимания того, как работает погода не только на Земле, а на всех планетах. Это похоже на научную фантастику», — объяснила Джулия Виктория Сейдел, исследователь из Европейской южной обсерватории, ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature.

Чтобы различить строение и динамику атмосферы WASP-121 b на разной «глубине», исследователи сравнивали спектральные линии разных элементов. Для глубоких слоев, где относительно высокое давление, они использовали железо, для средних слоев — натрий, для верхних — натрий и водород.

Благодаря такому подходу астрономы «увидели» всю воздушную толщу за один транзит. Им удалось впервые получить трехмерную «карту» атмосферы такой экзопланеты и выявить воздушные потоки. Ученые использовали данные, собранные спектрографом ESPRESSO, совмещающим данные с четырех больших телескопов в составе комплекса VLT.

«Нас удивили результаты: реактивный поток несет вещество по экватору планеты, в то время как другой поток, в более глубоких слоях атмосферы, переносит газ с горячей стороны на холодную. Ни на одной планете мы еще не видели такого климата. Даже сильнейшие ураганы в Солнечной системе выглядят легким ветерком в сравнении», — пояснила Сейдел.

В течение дня воздух нагревается на 677 ± 286 градусов Цельсия. Скорость реактивного потока возрастает с 13,7 ± 6,1 километра в секунду утром до 26,8 ± 7,13 километра в секунду вечером (в этих оценках не учли вращение экзопланеты). Кстати, недавно был поставлен новый рекорд по скорости воздушного потока — 7,7 километра в секунду с учетом вращения планеты на горячем юпитере WASP-127b.

Помехи сильно усложняют наблюдения за атмосферами экзопланет. Тем не менее подобные исследования позволяют накопить данные по разными экзопланетам, улучшить существующие модели общей циркуляции и подготовиться к запуску нового поколения телескопов. Так, строящийся в Чили комплекс ELT и сопутствующий ему спектрограф ANDES помогут изучать ветра землеподобных экзопланет.