В рамках настоящего исследования, проведенного с использованием данных инфракрасного космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST, James Webb Space Telescope), впервые зафиксирована суточная динамика облачного покрова в атмосфере горячего юпитера WASP-94A b.
Объект исследования представляет собой газовый гигант, расположенный в созвездии Микроскоп на удалении ~700 световых лет от Земли (6,62×1015 километров).
Установлено, что формирование силикатных (MgSiO₃) облаков происходит преимущественно в утренние часы на терминаторе планеты, тогда как к вечеру наблюдается их полная диссипация.
Изоляция вклада облачности из общего спектра трансмиссии атмосферы позволяет повысить точность спектральной диагностики и получить детализированные данные о химическом составе газовой оболочки, что является значимым прорывом в области сравнительной планетологии.
"Я наблюдаю за экзопланетами уже 20 лет, и общая облачность всегда была для нас занозой в <...>. Мы уже довольно давно знаем, что облака распространены на горячих планетах Юпитер, и это раздражает, потому что это все равно, что пытаться смотреть на планету через запотевшее окно, — сказал соавтор и руководитель программы Дэвид Синг, заслуженный профессор наук о Земле и планетах в Университете Джона Хопкинса. — Мы не только смогли прояснить изображение, но и, наконец, смогли определить, из чего состоят облака и как они конденсируются и испаряются, перемещаясь по планете".
Методология исследований
Для изучения атмосферных процессов на WASP-94A b коллектив исследователей под руководством Д. Синга применил метод фазово-разрешенной спектроскопии вторичного затмения. Данные собирались в моменты транзита экзопланеты по диску родительской звезды. Инструментальная база JWST позволила провести дифференциальный анализ переднего (ведущего) и заднего (ведомого) терминаторов планеты.
Атмосферная циркуляция обуславливает перенос воздушных масс: на ведущем терминаторе наблюдается перетекание вещества с ночной стороны на дневную (утренний сектор), а на ведомом — обратный процесс перехода из дневной фазы в ночную (вечерний сектор). Спектральные наблюдения выявили выраженную асимметрию погодных условий: утренняя атмосфера характеризуется наличием плотной дымки из силикатов магния, в то время как вечернее небо остается оптически прозрачным.
Гипотезы формирования облачной дихотомии
На основании полученных эмпирических данных авторами предложены две гипотезы, объясняющие наблюдаемую цикличность:
- Динамическая модель: Мощные зональные ветры транспортируют сформировавшиеся на более холодной ночной стороне облака на дневную сторону. При попадании в зону экстремально высоких температур происходит гравитационное оседание аэрозольных частиц и их погружение глубоко в атмосферу, что делает их невидимыми для средств дистанционного зондирования до наступления сумерек.
- Термохимическая модель: Процесс аналогичен рассеянию земного тумана, протекающему в экстремальных условиях. Облака конденсируются в темноте ночной стороны, однако при миграции на освещенную часть планеты, где температура превышает 1000 K, происходит термическое разложение и испарение конденсата.
"Это был огромный сюрприз <…>. Но то, что мы увидели, было настоящей дихотомией между погодой на обеих сторонах планеты и огромными различиями в облачном покрытии <…>", — отмечает руководитель программы.
Локализация наблюдений и уточнение химического состава
Отсутствие облачного покрова на вечернем терминаторе позволило локализовать наблюдения и получить прямой доступ к спектру чистой атмосферы.
Данный подход принципиально отличается от усредненных глобальных измерений, проводившихся ранее с помощью телескопа Hubble, которые интегрировали вклад, как облачных структур, так и прозрачной атмосферы, делая невозможным их разделение.
Анализ вечерней атмосферы показал, что содержание тяжелых элементов (таких как кислород и углерод) в WASP-94A b примерно в пять раз превышает солнечное значение. Предыдущие усредненные данные ошибочно указывали на аномально высокое обогащение элементами тяжелее гелия (в сотни раз относительно Юпитера), что вступало в противоречие с современными моделями аккреции и формирования планет-гигантов.
Экстраполяция результатов на другие объекты
Горячие юпитеры, характеризующиеся орбитальным движением в непосредственной близости от материнских звезд (на расстояниях меньших, чем у Меркурия), представляют собой идеальные лаборатории для изучения экзотической химии и физики динамики облаков в условиях интенсивной радиации.
Используя WASP-94A b в качестве эталонного объекта, исследовательская группа провела аналогичный анализ выборки из восьми других горячих газовых гигантов. В результате идентичный характер облачной цикличности был подтвержден для экзопланет WASP-39 b и WASP-17 b.
Дальнейшие изыскания будут направлены на изучение данного феномена на более широком классе тел, включая эксцентричные газовые гиганты, находящиеся в обитаемой зоне своих систем, в рамках новой крупной наблюдательной программы JWST.
***
В конце, от WASP космического, к W.A.S.P. музыкальному. Или просто хорошей музыке ("Скучаю по тебе". Альбом 2015 года "Голгофа" хеви-метал группы W.A.S.P.):