Между атмосферой на ночной и дневной стороне экзопланеты существует разница

Многие из обнаруженных и открываемых нами экзопланет «привязаны» к своей родительской звезде приливами и отливами. Эти миры всегда обращены одной стороной к звезде, называемой дневной, а другой — ночной — находятся в вечной темноте, как и Луна с Землей, из-за приливных сил, оказываемых на планету звездой.

С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» ученые подтвердили то, что уже предсказывали модели: экзопланета имеет различия между атмосферой на ночной и дневной стороне.

Доказательства получены в результате спектроскопического исследования атмосферы WASP-39 b, планеты-гиганта с диаметром в 1,3 раза больше Юпитера, но массой, аналогичной массе Сатурна, вращающейся вокруг звезды на расстоянии около 700 световых лет. Ее ночная сторона примерно на 200° по Цельсию теплее дневной и менее облачна.

От спектров к характеристике атмосферы экзопланеты

Астрономы проанализировали спектр пропускания WASP-39 b в диапазоне от 2 до 5 микрометров, полученный с помощью прибора NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) на «Уэббе». В частности, они сосредоточились на зоне терминатора планеты, то есть на границе, разделяющей дневную и ночную стороны.

Спектр пропускания создается путем сравнения фильтрованного света звезды через атмосферу планеты, полученного во время ее движения перед звездой, с нефильтрованным светом звезды, обнаруженным, когда планета не обращена к ней. Из такого сравнения исследователи могут получить информацию о температуре, составе и других свойствах экзоатмосферы.

WASP-39 b имеет раздутую атмосферу, поэтому свет звезды, отфильтрованный через атмосферу планеты, довольно силен. Именно поэтому ученые используют ее в качестве естественной лаборатории для изучения экзоатмосфер.

Вечное утро прохладнее вечного вечера

До сих пор спектры, полученные при изучении этой планеты, показывали присутствие углекислого газа, диоксида серы, водяного пара и натрия, независимо от того, был ли на планете день или ночь.

Теперь новый анализ позволяет построить два разных спектра области терминатора, разделив дневную и ночную части на два разных полукруга, один из которых представляет «вечный вечер», а другой — «вечное утро».

Данные «Уэбба», обладающего высокой чувствительностью к инфракрасным длинам волн и чрезвычайно стабильными фотометрическими датчиками, показывают, что вечер значительно теплее, около 800° по Цельсию, а утро относительно прохладнее, 600° по Цельсию.

Погода WASP 39-b: больше облаков на дневной стороне

Смоделировав полученные данные, исследователи смогли изучить структуру атмосферы WASP-39 b, облачный покров и то, почему вечером на планете теплее. Таким образом, они подтвердили, что разница температур на планете в основном обусловлена циркуляцией газа вокруг нее.

На такой сильно облученной экзопланете, как WASP-39 b, которая вращается относительно близко к своей звезде, исследователи обычно ожидают, что газ будет перемещаться по мере того, как планета вращается вокруг своей звезды: более теплый газ с дневной стороны должен перемещаться вечером на ночную сторону, через так называемое «экваториальное струйное течение».

Используя модели общей циркуляции, трехмерные модели, подобные тем, что используются для предсказания погодных условий на Земле, исследователи обнаружили, что на WASP-39 b ветры, скорее всего, будут двигаться с ночной стороны через терминатор в зоне вечного утра, вокруг дневной стороны, через терминатор в зоне вечного вечера и затем вокруг ночной стороны.

Следовательно, утренняя сторона терминатора холоднее, чем вечерняя. Фактически, с утренней стороны дуют ветры, которые были охлаждены на ночной стороне, а с вечерней стороны — ветры, которые были нагреты на дневной стороне. Согласно этому исследованию, скорость ветра на WASP-39 b может достигать тысячи километров в час.

Теперь исследователи попытаются использовать тот же метод анализа для изучения атмосферных различий на других похожих планетах в приливном блоке в рамках программы общих наблюдателей 3969 цикла Уэбба 2.

С аннотацией этого исследования, опубликованной в журнале Nature, можно ознакомиться здесь.