Дождь из рубинов и сапфиров и разорванная на атомы вода — суровая реальность экзопланеты WASP-121 b
Астрономы очень любят горячий юпитер WASP-121 b, открытый в 2015 году. Ранее они выяснили, что эта удивительная экзопланета имеет стратосферу, способную вскипятить металл, а также что WASP121b сбрасывает в космос свои пары железа. Мир этот настолько необычен и интересен, что учёные продолжают его изучение. На этот раз они рассказали, как в раскалённой добела атмосфере экзопланеты, выживает вода и металлы, а также спрогнозировали дожди из минералов, составляющих основу драгоценных камней Земли.
Напомним, что год на этой планете длится всего 30 земных часов (за это короткое время WASP-121 b успевает полностью обежать своё солнце). При этом экзопланета находится в приливном захвате своей звезды, то есть она всё время повёрнута к ней одной своей стороной.
Из-за этого "дневная" сторона WASP-121 b всё время освещена и раскалена до 3 000 градусов Цельсия, в то время как на "ночной" стороне "всего-то" плюс 1 000-1 500 °C, а свет в 10 раз более тусклый.
Излучение звезды пронизывает атмосферу дальнего мира, позволяя астрономам изучать происходящие в ней процессы. Современные телескопы помогают пристально вглядеться в происходящее. И на этот раз учёные "продвинулись от создания снимков отдельных областей атмосферы экзопланеты к изучению системы в 3D, то есть такой, какой она и является".
"Несмотря на то, что мы открыли тысячи экзопланет, мы смогли изучить атмосферы лишь малой их части, всё из-за сложностей, которые мы испытываем во время наблюдений", – поясняет Томас Микаль-Эванс (Thomas Mikal-Evans) из Института астрономии Макса Планка.
Новое исследование даёт лучшее представление о том, что происходит в атмосфере WASP-121 b.
Адские дни и ночи
Во-первых, исследователи построили термокарту атмосферы. Оказалось, что у дневной и ночной стороны экзопланеты резкие различия в температуре. Они также проследили за водой в раскалённой атмосфере, чтобы впервые показать, как вода циркулирует между дневной и ночной сторонами мира.
На Земле круговорот воды в природе таков: сначала вода испаряется с поверхности водоёмов, затем конденсируется в облака, а затем проливается обратно на поверхность в виде дождя. На WASP-121 b круговорот воды под стать планете. На дневной стороне молекулы воды разрываются на атомы, которые затем уносятся на ночную сторону. Там немного попрохладнее, что позволяет атомам водорода и кислорода снова собраться в молекулы воды, которые затем уносятся обратно на дневную сторону, где цикл начинается заново.
Команда подсчитала, что круговорот воды на планете поддерживается ветрами, которые гоняют атомы вокруг WASP-121 b со скоростью около пяти километров в секунду. Скорее всего, эти ветры заставляют воду и её составляющие облетать планету примерно за 20 часов.
Но жаркое дыхание звезды докучает не только воде.
Астрономы обнаружили, что ночная сторона достаточно "холодная", чтобы иметь экзотические облака из железа и титана, а также корунда — минерала, который на Земле является основой рубинов и сапфиров.
Эти облака, подобно водяным облакам Земли, могут перемещаться на дневную сторону, где высокие температуры превращают конденсированные металлы в газ. По пути из корундовых облаков вполне может выпадать "дождь" из драгоценной жидкости.
Причём тут "Хаббл"?
Команда наблюдала за WASP-121b с помощью спектроскопической камеры, расположенной на борту космического телескопа НАСА Hubble. Камера улавливает свет, исходящий от планеты и её звезды и добегающий до окрестностей Земли (спектр излучения).
С помощью спектроскопических исследований астрономы не раз и не два изучали дневную сторону атмосфер многих экзопланет. Но сделать то же самое для ночной стороны гораздо сложнее, так как нужно следить за самыми неуловимыми изменениями всего спектра излучения планеты, пока она обращается вокруг своего светила.
Причём тут JWST?
Астрономы уже зарезервировали время работы космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для наблюдения за WASP-121b в конце 2022 года. Теперь они надеются составить карту распределения не только водяного пара, но и угарного газа, который, как подозревают учёные, должен также присутствовать в атмосфере этого мира.
Телескоп Уэбба обеспечит такую высокую точность измерений, что астрономы смогут выяснить, какова скорость ветров на разных высотах внутри атмосферы WASP-121b.
"Это будет первый раз, когда мы сможем измерить молекулу, содержащую углерод, в атмосфере этой планеты, ‒ говорит Микаль-Эванс. ‒ Количество углерода и кислорода в атмосфере даст нам представление о том, где формируются такого рода планеты".
Поясним, что подразумевается место "рождения" в протопланетном диске вещества, который окружает звезду и из которого постепенно формируются её планеты.
Статья авторов исследования вышла в журнале Nature Astronomy (также доступна в виде PDF-файла).
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".