Благодаря наблюдениям, выполненным с использованием космического телескопа «Hubble», ученые-астрономы осуществили уникальное детальное изучение атмосферных процессов, протекающих на обращенной к ночи стороне приливного горячего юпитера WASP-121 b. В сочетании с ранее полученными сведениями о противоположной полусфере планеты, это дало возможность выявить неординарные погодные условия на раскаленной экзопланете. Описание результатов исследований и основные выводы авторов опубликованы в научном издании Nature Astronomy.
«В то время как металлы и минералы, переносимые воздушными потоками, испаряются на обжигающей дневной стороне, на более холодной ночной стороне можно наблюдать облака из металла и осадки в виде жидких драгоценных камней. Наша работа представляет собой значительный прогресс в понимании глобальных циклов вещества и энергии в атмосферах экзопланет», – отмечают авторы исследования.
Горячие юпитеры представляют собой газовые гиганты, схожие с Юпитером, но вращающиеся вокруг своих звезд по орбитам, расположенным значительно ближе к ним. В результате такого расположения они подвергаются интенсивному нагреву, достигающему нескольких сотен или даже тысяч градусов Цельсия. Из более чем четырех тысяч известных экзопланет более трехсот классифицируются как горячие юпитеры.
Экзопланета WASP-121 b была обнаружена в 2015 году и находится на расстоянии 855 световых лет от Земли, в направлении созвездия Корма. Масса WASP-121 b превышает массу Юпитера примерно на одну пятую, а ее размер вдвое больше. Продолжительность года и суток на этой планете одинакова и составляет всего 30 часов. Как и все горячие юпитеры, экзопланета WASP-121 b всегда обращена к своей звезде одной стороной, что подвергает ее постоянному воздействию интенсивного излучения. Другая сторона планеты же погружена в вечную темноту.
«Несмотря на обнаружение тысяч экзопланет, детальное изучение их атмосфер стало возможным лишь для небольшой части из-за трудностей, связанных с наблюдениями. До настоящего времени большинство измерений предоставляли ограниченные сведения, такие как базовые данные о химическом составе или средней температуре в отдельных участках атмосферы», – подчеркнул Томас Микал-Эванс, ведущий автор работы из Института астрономии имени Макса Планка (Германия).
На нашей планете вода непрерывно меняет свое агрегатное состояние: лед переходит в жидкую воду, которая испаряется и конденсируется в капли, формируя облака. Этот цикл завершается, когда вода возвращается на поверхность в виде осадков, пополняя реки и океаны. Однако круговорот воды на экзопланете WASP-121 b протекает совершенно иначе.
«На освещенной стороне экзопланеты верхние слои атмосферы нагреваются до приблизительно 3 тысяч градусов Цельсия. При таких условиях многие молекулы воды распадаются на отдельные атомы. На темной стороне температура снижается примерно вдвое. Эта значительная разница температур между двумя полушариями обуславливает мощные ветры, которые перемещаются по всей планете с запада на восток, перенося разрушенные молекулы воды. В конечном итоге, достигнув темной стороны, более низкие температуры позволяют атомам водорода и кислорода вновь соединяться, образуя водяной пар, после чего их уносит обратно на освещенную сторону, и цикл повторяется. Следует отметить, что температура никогда не опускается до уровня, необходимого для образования облаков из водяного пара на каком-либо этапе этого цикла, не говоря уже об образовании дождя», – объяснили авторы исследования.
Вместо воды в атмосфере горячей экзопланеты WASP-121 b преобладают облака, состоящие преимущественно из металлов, таких как железо, магний, хром и ванадий. Предыдущие наблюдения зафиксировали спектральные сигналы этих элементов в виде газов на жаркой стороне. Новые данные свидетельствуют о том, что температура на темной стороне позволяет этим металлам конденсироваться и образовывать облака.
Неожиданным оказалось отсутствие алюминия и титана в составе газов, зафиксированных в атмосфере экзопланеты WASP-121 b. Ученые предполагают, что эти металлы могли перейти в конденсированное состояние и осесть в более глубоких слоях планеты, которые не поддаются прямому наблюдению.
«Осадки на ночной стороне WASP-121 b будут представлять собой зрелище, непохожее ни на одно из тех, что мы наблюдаем в Солнечной системе», – отмечают авторы исследования. В частности, они поясняют, что алюминий при взаимодействии с кислородом образует корунд, а добавление примесей хрома, железа, титана или ванадия приводит к формированию рубина или сапфира. Таким образом, на ночное полушарие WASP-121 b потенциально могут выпадать жидкие драгоценные камни».
