Астрономы обнаружили два различных сумеречных режима на одной экзопланете
Астрономы впервые смогли различить утренние и вечерние «сумерки» на одной и той же экзопланете, получив прямые наблюдательные доказательства того, что разные края атмосферы одного мира могут представлять собой совершенно разные среды. Объектом исследования стала газовая экзопланета WASP-121 b, относящаяся к классу горячих юпитеров, которая обращается вокруг своей звезды на крайне близкой орбите и находится в состоянии приливного захвата, из-за чего одна её сторона постоянно обращена к светилу, а противоположная остаётся в вечной темноте.
Исследование выполнила международная команда учёных из Институт астрономии Общества Макса Планка с использованием данных космического телескопа «Джеймс Уэбб». Полученные результаты подтвердили теоретические предсказания о том, что переходные области между дневной и ночной сторонами таких планет — так называемые терминаторы — должны существенно отличаться по температуре и химическому составу.
Экзопланета WASP-121 b относится к типичным представителям ультрагорячих юпитеров, совершающих полный оборот вокруг своей звезды всего за несколько дней. Из-за приливного захвата температура на дневной стороне достигает примерно 2770 кельвинов, тогда как ночная сторона остаётся значительно холоднее — около 1000 кельвинов. Разница между полушариями составляет порядка 1775 градусов Цельсия, что делает этот объект одним из самых экстремальных по температурным контрастам среди известных экзопланет.
Ключевым достижением работы стал метод пораздельного анализа атмосферы. Учёные наблюдали транзит планеты на фоне звезды и фиксировали, как меняется прохождение инфракрасного излучения через атмосферу по мере того, как планета поворачивается примерно на 30 градусов во время каждого прохождения. Это позволило восстановить структуру атмосферы по долготам и впервые отдельно изучить свойства утреннего и вечернего терминаторов.
Как отметил ведущий автор исследования Кирилл Гапп из Институт астрономии Общества Макса Планка, измерение изменений поглощения звездного света позволяет фактически «сканировать» атмосферу планеты по её долготам. Результаты показали, что различия между двумя терминаторами выражены сильнее, чем предсказывали теоретические модели. В частности, вечерняя граница атмосферы поглощает больше излучения, чем утренняя, что связано с мощными восточными ветрами, переносящими тепло с дневной стороны на ночную.
Наблюдения также выявили химические различия между областями. В вечернем терминаторе, где температура выше, усиливается поглощение монооксида углерода, что указывает на активные термохимические процессы. Поведение водяного пара оказалось неожиданным: вместо постепенного уменьшения его содержания при нагреве исследователи зафиксировали признаки разрушения молекул воды в верхних слоях атмосферы под воздействием экстремальных температур.
Утренний терминатор, напротив, демонстрирует более холодные и «замутнённые» условия. Учёные предполагают, что здесь формируются облака из силикатных и минеральных частиц, возникающих при поступлении холодного газа с ночной стороны. Эти облака эффективно блокируют инфракрасное излучение, создавая иллюзию более низкой температуры. После учёта этого эффекта в моделях расхождения между наблюдениями и расчётами существенно сократились.
Авторы исследования, включая Тома Эванс-Сома из Университет Ньюкасла, отмечают, что разработанный метод уже может быть применён к другим ультрагорячим газовым гигантам. Использование возможностей космического телескопа Космический телескоп «Джеймс Уэбб» открывает перспективу систематического сравнения атмосфер экзопланет и более глубокого понимания процессов в экстремальных планетарных условиях.
Работа в журнале Nature Astronomy.