Объединив несколько лет наблюдений космического телескопа Хаббл НАСА с компьютерным моделированием, астрономы нашли доказательства существования массивных циклонов и других динамических погодных явлений, кружащихся на горячей планете размером с Юпитер, находящейся на расстоянии 880 световых лет от Земли. Планета, получившая название WASP-121 b, непригодна для жизни. Но этот результат является важным ранним шагом в изучении погодных условий на далеких мирах и, возможно, в конечном итоге поиске потенциально пригодных для жизни экзопланет со стабильным, долгосрочным климатом. За последние несколько десятилетий детальные телескопические и космические наблюдения за соседними планетами нашей Солнечной системы показывают, что их турбулентные атмосферы не статичны, а постоянно меняются, как и погода на Земле. Эта изменчивость должна распространяться и на планеты вокруг других звезд. Но чтобы реально измерить такие изменения, требуется много детальных наблюдений и компьютерного моделирования.
Чтобы сделать это открытие, международная группа астрономов собрала и переобработала наблюдения Хаббла за WASP-121 b, сделанные в 2016, 2018 и 2019 годах. Они обнаружили, что планета имеет динамичную атмосферу, меняющуюся со временем. Команда использовала сложные методы моделирования, чтобы продемонстрировать, что эти резкие временные изменения можно объяснить погодными условиями в атмосфере экзопланеты. Команда обнаружила, что атмосфера WASP-121 b демонстрирует заметные различия между наблюдениями. Самое драматичное то, что могут возникнуть массивные погодные фронты, штормы и массивные циклоны, которые неоднократно создаются и уничтожаются из-за большой разницы температур между обращенной к звезде стороной и темной стороной экзопланеты. Они также обнаружили явное смещение между самой горячей областью экзопланеты и точкой на планете, ближайшей к звезде, а также изменчивость химического состава атмосферы экзопланеты (измеренную с помощью спектроскопии).
Команда пришла к этим выводам, используя вычислительные модели, помогающие объяснить наблюдаемые изменения в атмосфере экзопланеты. «Замечательные детали моделирования атмосферы экзопланет позволяют нам точно моделировать погоду на сверхгорячих планетах, таких как WASP-121 b», — объяснил Джек Скиннер, научный сотрудник Калифорнийского технологического института в Пасадене, Калифорния, и соруководитель. этого исследования. «Здесь мы делаем значительный шаг вперед, объединяя ограничения наблюдений с моделированием атмосферы, чтобы понять меняющуюся во времени погоду на этих планетах». «Это чрезвычайно захватывающий результат, поскольку мы продвигаемся вперед в наблюдении за погодными условиями на экзопланетах», — сказал один из главных исследователей команды, Квентин Чангат, научный сотрудник Европейского космического агентства в Научном институте космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. «Изучение погоды на экзопланетах жизненно важно для понимания сложности атмосфер экзопланет в других мирах, особенно при поиске экзопланет с пригодными для жизни условиями». Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
WASP-121 b находится настолько близко к своей родительской звезде, что орбитальный период составляет всего 1,27 дня. Эта непосредственная близость означает, что планета приливно заблокирована, так что одно и то же полушарие всегда обращено к звезде, точно так же, как наша Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Дневные температуры приближаются к 3450 градусам по Фаренгейту (2150 градусов по Кельвину) на обращенной к звездам стороне планеты. Команда использовала четыре набора архивных наблюдений Хаббла за WASP-121 b. Полный набор данных включал наблюдения WASP-121 b, проходящего перед своей звездой (сделанные в июне 2016 года); WASP-121 b проходит за своей звездой, также известное как вторичное затмение (снято в ноябре 2016 г.); и яркость WASP-121 b как функция ее фазового угла к звезде (различное количество света, получаемого Землей от экзопланеты, когда она вращается вокруг своей родительской звезды, аналогично фазовому циклу нашей Луны). Эти данные были взяты в марте 2018 года и феврале 2019 года соответственно.
«Собранный набор данных представляет собой значительный объем времени наблюдений за одной планетой и в настоящее время является единственным последовательным набором таких повторных наблюдений», — сказал Чангат. Информация, которую мы извлекли из этих наблюдений, была использована для определения химического состава, температуры и облаков атмосферы WASP-121 b в разное время. Это дало нам изысканную картину того, как планета меняется с течением времени». Уникальные возможности «Хаббла» также очевидны в широком спектре научных программ, которые он будет реализовывать в рамках своего 31-го цикла наблюдений, который начался 1 декабря. Около двух третей времени «Хаббла» будет посвящено исследованиям изображений, а остальная часть — спектроскопическим исследованиям, подобные тем, которые используются для WASP-121 b. Более подробная информация о науке 31-го цикла содержится в недавнем объявлении.
