Уявіть собі прогноз погоди, де вітер дме зі швидкістю близько 18 000 кілометрів на годину, а вночі йдуть дощі з рідкого металу та кристалів рубіну й сапфіру. Саме так виглядає світ WASP-121b — надзвичайно гарячої газової гігантської екзопланети, атмосферу якої тепер детально «просканував» космічний телескоп Джеймса Вебба. Про ці спостереження розповідає матеріал Space Astronomy.
Найдивніше відкриття: на цій планеті вечір тепліший за ранок. Тобто та сторона, яка щойно виходить з «дня» в «ніч», гарячіша, ніж та, де щойно починається світанок. Для світу, де й без того панує хаос із розпеченого газу та металевої пари, це звучить майже як метеорологічний парадокс.
Що відомо коротко
- WASP-121b — «ультрагарячий Юпітер», один із найекстремальніших відомих світів за межами Сонячної системи.
- Він обертається так близько до своєї зорі, що рік там триває всього 30,5 години.
- Сила тяжіння зорі розтягує планету в форму «яйця» замість майже ідеальної кулі.
- На денному боці температура настільки висока, що метали випаровуються, а на нічному, за попередніми даними, залізо може конденсуватися та випадати у вигляді дощу.
- JWST виявив, що вечірній край атмосфери WASP-121b гарячіший за ранковий, ймовірно через потужні вітри, які переносять тепло.
Чому вечір гарячіший за ранок на світі з дощем із коштовностей
WASP-121b належить до класу «ультрагарячих Юпітерів» — масивних газових планет, що обертаються майже впритул до своїх зір. Їх можна порівняти з гігантськими газовими факелами, притиснутими майже впритул до полум’я. На такій відстані одна півкуля планети постійно «дивиться» на зорю, а інша завжди залишається в темряві — це називається приливним «захопленням».
У звичному для нас світі ранок і вечір більш-менш подібні: Сонце низько над горизонтом, температура й умови змінюються плавно. Але на WASP-121b все інакше. Денна сторона розпечена настільки, що навіть метали випаровуються, наче вода в каструлі на максимальному вогні. Газові потоки потім переносять це пекуче «повітря» на нічний бік.
Уявіть, що ви крутите над вогнем нерухому сковорідку, де одна сторона постійно над полум’ям, а інша — у тіні, але гаряче повітря з розпеченого боку постійно здувають на темну частину потужним феном. Саме цей «космічний фен» — надзвукові вітри — і робить вечірній край планети теплішим за ранковий.
Як JWST «бачить» погоду на далеких світах
Телескоп Джеймса Вебба не може просто зробити «фотографію» хмар на WASP-121b, як метеосупутник на орбіті Землі. Замість цього він відстежує, як змінюється світло зорі, коли планета проходить перед нею. Частина цього світла проходить крізь атмосферу екзопланети, і саме по тому, як гази її «поїдають» різні кольори світла, астрономи можуть відновити склад і температуру повітря.
Команда під керівництвом Сиріля Гаппа (Cyril Gapp) з Інституту астрономії Товариства Макса Планка використала цей ефект максимально. Вони не просто виміряли середні властивості атмосфери, а подивилися, як змінюється поглинання світла, коли під час транзиту JWST послідовно бачить різні «довготи» планети.
Під час проходження WASP-121b перед зорею телескоп спершу «заглядає» в ранкову частину атмосфери (там, де тільки сходить зоря), а трохи згодом — у вечірню (де день уже закінчується). Вчені помітили, що вечірня сторона поглинає трохи більше зоряного світла, ніж ранкова, що вказує на більшу температуру й інший хімічний стан газів.
Також було зафіксовано зміни сигналів, пов’язаних із водяною парою та чадним газом (монооксидом вуглецю). На гарячішому вечірньому боці температура достатньо висока, щоб розривати молекули води у верхніх шарах атмосфери. На прохолоднішому ранковому боці ці молекули частіше залишаються цілими.
Хмари з мінералів і вітри, що огортають половину планети
За інтерпретацією дослідників, ранковий край WASP-121b може частково ховатися під хмарами з силікатних мінералів — по суті, з речовин, з яких на Землі складаються піски та гірські породи. На такій планеті ці мінерали можуть перетворюватися на пару на денному боці, а потім конденсуватися й формувати хмари на нічному.
Раніше спостереження з використанням Дуже великого телескопа в Чилі показали, що на WASP-121b панують складні, багатошарові та надзвичайно сильні вітри й струменеві течії, які охоплюють до половини планети. Це схоже на гігантські атмосферні «річки», що переносять тепло від екстремально гарячого дня до відносно «прохолодної» ночі.
Дані телескопа Габбла раніше виявили, що з атмосфери цієї планети в космос утікають такі елементи, як магній і залізо. Інтенсивне ультрафіолетове випромінювання зорі буквально «видуває» легші гази й іонізовані частинки, перетворюючи WASP-121b на щось на кшталт киплячої, повільно випаровуваної краплі газу.
На тлі цієї картини ще більш вражаючим виглядає сценарій «коштовного дощу»: попередні дослідження припускають, що металеві пари можуть конденсуватися та випадати у вигляді кристалів рубіну й сапфіру на холоднішій нічній стороні. Це робить WASP-121b не лише гарячим пеклом, а й дивною фабрикою з виробництва коштовностей.
Навіщо вченим така екстремальна метеорологія
Новий підхід, який використали з JWST, дозволяє вивчати не просто «середню» атмосферу далекого світу, а відмінності між його регіонами — наче ми вперше отримали не глобальну середню температуру, а справжню карту погоди.
За словами команди, цю техніку можна застосувати й до інших ультрагарячих екзопланет. Тоді астрономи зможуть порівнювати, як переносяться тепло й речовина в різних атмосферних умовах: де сильніші вітри, де формуються хмари, як екстремальне випромінювання змінює хімію газів.
Чим краще ми розуміємо ці «лабораторії на межі можливого», тим точнішими стають моделі для більш спокійних світів — включно з потенційно придатними до життя планетами. Якщо ми навчимося читати погоду на планеті, де йдуть дощі з металу й коштовностей, то прогнози для більш звичайних світів будуть для науки вже не такою складною задачею.
FAQ
Ці результати вже підтверджені, чи це лише попередня інтерпретація?
Результати засновані на спостереженнях JWST і описані в науковій публікації, але самі автори наголошують, що для повного розуміння, зокрема хмар із силікатів, потрібні більш складні моделі. Тож частина висновків поки залишається гіпотезою, яка потребує подальших перевірок.
Чому вчені раніше не бачили різницю між ранковою і вечірньою сторонами?
Потрібна була надзвичайна чутливість, якою володіє JWST. Попередні телескопи могли фіксувати загальні властивості атмосфери, але не малі зміни в поглинанні світла під час одного транзиту. Лише зараз виявилося можливим «розділити» ранковий і вечірній краї планети.
Чи можна застосувати цей метод до менших і прохолодніших планет?
Потенційно так, але це набагато складніше, бо сигнали від таких атмосфер значно слабші. Ультрагарячі Юпітери, як WASP-121b, є зручними мішенями: вони великі, яскраві в інфрачервоному діапазоні й обертаються близько до зір, тож їхній вплив на світло зорі помітніший.
Чи наближає нас це до розуміння придатних до життя екзопланет?
Непрямо — так. Екстремальні планети дозволяють відточити інструменти й моделі, які потім можна застосовувати до холодніших та землоподібних світів. Кожен такий «метеозвіт» із пекельної планети робить наше розуміння клімату екзопланет загалом точнішим.
🤯 Виявляється, навіть на планеті, де йдуть дощі з рубінів і сапфірів, погода підкоряється тонким балансам вітру, тепла й хмар — і саме ці баланси тепер може розгледіти телескоп Джеймса Вебба. Чим глибше ми вдивляємося в такі екстремальні світи, тим ясніше стає, що «нормальної» погоди у Всесвіті майже не існує: кожна планета має власну, часом зовсім немислиму версію клімату.