Hubble спостерігає за зміною атмосфери екзопланети протягом 3 років

Об’єднавши кілька років спостережень із космічного телескопа Хаббла NASA разом із комп’ютерним моделюванням, астрономи знайшли докази існування величезних циклонів та іншої динамічної погодної активності, що вирує на гарячій планеті розміром з Юпітер, розташованій на відстані 880 світлових років від нас.

Планета під назвою WASP-121 b непридатна для життя. Але цей результат є важливим раннім кроком у вивченні погодних умов у віддалених світах і, можливо, врешті-решт у пошуку потенційно придатних для життя екзопланет зі стабільним довготривалим кліматом.

Протягом останніх кількох десятиліть детальні спостереження за сусідніми планетами в нашій Сонячній системі за допомогою телескопів і космічних апаратів показують, що їх турбулентні атмосфери не статичні, а постійно змінюються, як погода на Землі. Ця мінливість також повинна застосовуватися до планет навколо інших зірок. Але для фактичного вимірювання таких змін потрібні багато детальних спостережень і обчислювального моделювання.

Щоб зробити це відкриття, міжнародна команда астрономів зібрала та повторно обробила дані спостереження Хаббла за WASP-121 b, зроблені у 2016, 2018 і 2019 роках.

Вони виявили, що планета має динамічну атмосферу, яка змінюється з часом. Команда використовувала складні методи моделювання, щоб продемонструвати, що ці драматичні часові зміни можна пояснити погодними умовами в атмосфері екзопланети.

Команда виявила, що атмосфера WASP-121 b показує помітні відмінності між спостереженнями. Найдраматичнішим є те, що можуть виникнути потужні погодні фронти, шторми та величезні циклони, які постійно створюються та знищуються через велику різницю температур між стороною, зверненою до зірки, і темною стороною екзопланети. Вони також виявили явне зміщення між найгарячішою областю екзопланети та точкою на планеті, найближчою до зірки, а також мінливість хімічного складу атмосфери екзопланети (як виміряно за допомогою спектроскопії).

Команда дійшла таких висновків, використовуючи обчислювальні моделі, щоб допомогти пояснити спостережувані зміни в атмосфері екзопланети. «Чудові деталі нашого моделювання атмосфери екзопланети дозволяють нам точно моделювати погоду на надгарячих планетах, таких як WASP-121 b», — пояснив Джек Скіннер, докторант Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, штат Каліфорнія, і один із керівників. цього дослідження. «Тут ми робимо значний крок вперед, поєднуючи обмеження спостережень із моделюванням атмосфери, щоб зрозуміти мінливу погоду на цих планетах».

«Це надзвичайно захоплюючий результат, оскільки ми просуваємось вперед у спостереженні за погодними умовами на екзопланетах», — сказав один із головних дослідників команди Квентін Чангет, науковий співробітник Європейського космічного агентства в Науковому інституті космічного телескопа в Балтіморі, штат Меріленд. «Вивчення погоди на екзопланетах є життєво важливим для розуміння складності атмосфери екзопланет в інших світах, особливо в пошуках екзопланет з умовами, придатними для життя».

WASP-121 b знаходиться настільки близько до своєї материнської зірки, що орбітальний період становить лише 1,27 дня. Така близькість означає, що планета припливно заблокована так, що та сама півкуля завжди звернена до зірки, так само як наш Місяць завжди має одну сторону, спрямовану до Землі. Денна температура наближається до 3450 градусів за Фаренгейтом (2150 градусів Кельвіна) на стороні планети, зверненій до зірки.

Команда використала чотири набори архівних спостережень Hubble WASP-121 b. Повний набір даних включав спостереження WASP-121 b, що пролітає перед своєю зіркою (зроблено в червні 2016 року); WASP-121 b проходить позаду своєї зірки, також відоме як вторинне затемнення (знято в листопаді 2016 року); і яскравість WASP-121 b як функцію його фазового кута до зірки (різна кількість світла, яке отримує Земля від екзопланети, коли вона обертається навколо своєї батьківської зірки, подібно до фазового циклу нашого Місяця). Ці дані були взяті в березні 2018 року та лютому 2019 року відповідно.

«Зібраний набір даних представляє значну кількість часу спостережень для однієї планети і наразі є єдиним послідовним набором таких повторюваних спостережень», — сказав Чангет. Інформація, яку ми витягли з цих спостережень, була використана для висновку про хімічний склад, температуру та хмарність атмосфери WASP-121 b у різний час. Це дало нам вишукану картину планети, яка змінюється з часом».

Можливості Хаббла також очевидні в широкому діапазоні наукових програм, які він забезпечить завдяки 31-му циклу спостережень, який розпочався 1 грудня. Близько двох третин часу Хаббл буде присвячено дослідженням зображень, тоді як решта відведена спектроскопічним дослідженням, як ті, що використовуються для WASP-121 b. Докладніші відомості про науку Cycle 31 наведено в нещодавньому оголошенні.