Новая эпоха астрономии: 3D-карты атмосфер далеких экзопланет

Ученые впервые создали трехмерную карту атмосферы далекой экзопланеты. Используя данные из телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и метод, известный как картирование солнечных затмений, исследователи нашли разные температурные зоны в атмосфере экзопланеты WASP-18b, газового гиганта, расположенного примерно в 400 световых годах от Земли. Согласно исследованию, опубликованному 28 октября в журнале Nature Astronomy, этот же процесс может помочь ученым вскоре создать карты температурных вариаций и облачных структур на других отдаленных планетах.

«Eclipse mapping позволяет нам изображать экзопланеты, которые мы не можем увидеть напрямую, потому что их звезды-хозяева слишком яркие,» — сказал соавтор исследования Райан Шалленер, астроном из Корнеллского университета. «С помощью этого телескопа и новой техники мы можем начать понимать экзопланеты так же, как и соседей по нашей солнечной системе.»

WASP-18b имеет массу примерно в 10 раз больше массы Юпитера, а его год длится всего 23 часа. Эта планета находится в состоянии синхронной орбиты со своей звездой, что означает, что одна сторона планеты постоянно обращена к звезде, в то время как другая сторона всегда остается в темноте.

Когда планета начинает проходить за своей звездой, звезда блокирует все больше и больше света, который планета отражает, пока она полностью не скрывается от наблюдателя с Земли. Картирование солнечных затмений использует это прогрессивное изменение. Измеряя, как свет от планеты меняется по мере её затмения и появления, ученые могут определить температуру в различных регионах и на разных высотах атмосферы планеты.

«Вы ищете изменения в крошечных участках планеты, когда они исчезают и снова появляются в поле зрения, так что это невероятно сложно,» — отметил Шалленер.

В новом исследовании ученые основались на предыдущей двумерной температурной карте WASP-18b, используя разные длины волн света для создания более детализированной 3D-карты атмосферы. Например, они использовали данные длины волны, которая поглощается водой, чтобы создать карту влажной верхней атмосферы экзопланеты. Длины волн, которые вода не поглощала, проходили через более низкие слои, что позволило JWST сосредоточиться на различных уровнях атмосферы планеты в зависимости от изучаемых длины волн.

Команда также обнаружила два различных температурных региона на светлой стороне WASP-18b. В центре области, обращенной к звезде, находится круглый «горячий пятно», куда поступает максимальное количество солнечного света. Вдоль этого пятна расположен более холодный обод, который простирается до видимого края планеты. Это свидетельствует о том, что атмосферные ветры не могут полностью перераспределить тепло от звезды по всей планете.

Ученые также заметили меньше воды в горячем пятне, чем в среднем по планете. Это может означать, что температуры в этом районе достаточно высоки, чтобы разрушать молекулы воды в атмосфере. «Мы считаем, что это доказательство того, что планета слишком горячая в этой области, что начинает разрушать воду,» — сказал Шалленер. «Это было предсказано теорией, но очень приятно видеть это на реальных наблюдениях.»

Дополнительные измерения с помощью JWST могут повысить разрешение атмосферной карты WASP-18b и позволить ученым исследовать атмосферы других газовых гигантов, подобных ей. «Эта новая техника будет применима к многим другим планетам, которые мы можем наблюдать с помощью телескопа Джеймса Уэбба,» — сообщил Шалленер. «Мы можем начать понимать экзопланеты в 3D как популяцию, и это очень захватывающе.»