Астрономы впервые измерили магнитные поля далеких экзопланет через их атмосферные ветры
Астрономы впервые получили самые убедительные на сегодняшний день доказательства существования магнитных полей у экзопланет. Международная исследовательская группа из Европы измерила скорости ветров на семи ультрагорячих юпитерах с помощью Очень Большого телескопа Европейской южной обсерватории (ESO VLT) и телескопа Gemini North. Полученные данные позволили ученым сделать вывод, что именно магнитные поля оказывают решающее влияние на движение атмосферных потоков на этих мирах и впервые оценить характеристики их магнетизма.
Авторы исследования считают, что открытие открывает совершенно новое направление в изучении экзопланет. По словам ведущего автора работы Юлии Зайдель из Лаборатории Лагранжа при Обсерватории Лазурного Берега во Франции, теперь ученые впервые получили возможность сравнивать магнитную среду других планетных миров. Она назвала это важным шагом на пути к пониманию того, какие планеты способны сохранять воду, поддерживать стабильную атмосферу и потенциально создавать условия для существования жизни.
Ультрагорячие юпитеры представляют собой газовые гиганты, сопоставимые по размерам и составу с Юпитером из Солнечной системы, однако они обращаются чрезвычайно близко к своим звездам. Из-за этого температура их поверхности превышает 2000 кельвинов. На Земле магнитное поле играет ключевую роль в защите атмосферы и поддержании пригодных для жизни условий. Сильные магнитные поля также имеются у Юпитера и Сатурна, тогда как Марс обладает лишь небольшими локальными участками остаточного магнетизма.
На протяжении последних пятнадцати лет радиоастрономы пытались обнаружить магнитные поля экзопланет напрямую, регистрируя характерные радиосигналы. Однако технические и геометрические ограничения до сих пор не позволяли получить однозначное подтверждение. По словам Зайдель, предыдущие исследования, в том числе работы Филиппа Зарки и его коллег, стали частью масштабных усилий в этом направлении, но ни одно из предполагаемых обнаружений не было окончательно подтверждено.
В новой работе ученые использовали косвенный метод. Вместо поиска радиосигналов они исследовали скорости атмосферных ветров. Все наблюдавшиеся экзопланеты находятся в приливном захвате, поэтому одной стороной постоянно обращены к своей звезде, а другой — в космическое пространство. Из-за этого на дневной стороне царят экстремально высокие температуры, а на ночной — значительно более низкие.
Такие резкие температурные контрасты формируют необычные погодные системы. Когда сталкиваются воздушные массы с сильно различающимися температурами, возникают мощные ветры. На исследованных планетах их скорость достигает от 7200 до 25 000 километров в час. Для сравнения, скорость ветров на Юпитере в Солнечной системе составляет около 1500 километров в час.
Первоначально исследователи хотели выяснить, одинаково ли ведут себя атмосферные ветры на всех горячих планетах. Однако анализ данных выявил неожиданную закономерность. Самые горячие области экзопланет демонстрировали более низкие скорости ветра, чем ожидалось. Это оказалось противоречащим существующим представлениям, поскольку более высокая температура должна обеспечивать больше энергии для ускорения атмосферных потоков.
Соавтор исследования Вивьен Пармантье из Лаборатории Лагранжа отметил, что подобный результат выглядит совершенно нелогичным с точки зрения обычной физики атмосферы. Следовательно, должен существовать дополнительный механизм, который замедляет ветры на самых горячих объектах.
Для объяснения этого явления ученые предположили наличие мощных глобальных магнитных полей. Согласно их модели, магнитное поле действует как своеобразный тормоз для заряженных частиц, из которых состоят атмосферные потоки. Используя измеренные скорости ветров, исследователи смогли оценить силу магнитных полей каждой из наблюдаемых экзопланет.
Полученные значения оказались удивительно близки к параметрам планет Солнечной системы. Магнитные поля исследованных миров примерно вдвое слабее магнитного поля Юпитера и примерно в четыре раза сильнее магнитного поля Сатурна. Кроме того, такие поля, вероятно, способны вызывать чрезвычайно яркие полярные сияния, значительно более впечатляющие, чем на Земле, поскольку они активно перераспределяют заряженные частицы и светящиеся газы в атмосфере.
Соавтор исследования Бибиана Принот, ранее работавшая в Лундском университете в Швеции, а ныне сотрудник Европейской южной обсерватории в Гархинге, предположила, что небо некоторых из этих миров может быть заполнено гигантскими разноцветными завесами сияний, простирающимися над планетами, где одна половина постоянно освещена звездой, а другая погружена в бесконечную ночь.
Следующим этапом работы станет изучение менее горячих планет. Исследователи намерены определить температурную границу, при которой магнитные поля начинают доминировать над динамикой атмосферы, а также выяснить, при каких условиях движение ветров становится более похожим на процессы, наблюдаемые в Солнечной системе. Для этого планируется провести масштабную наблюдательную программу, посвященную более холодным экзопланетам и влиянию степени ионизации их атмосфер на магнитные эффекты.
Результаты работы в журнале Nature Astronomy.