«Джеймс Уэбб» заметил на горячем юпитере облачные рассветы и ясные закаты

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил на горячем юпитере WASP-94A b цикл рождения и гибели водяных облаков, которые формируются в вечерней зоне, переносятся ветрами через ночную сторону экзопланеты и испаряются в утренней области. Это говорит о том, что если не проводить спектроскопию атмосфер подобных экзопланет вблизи границ дня и ночи, то построение глобальной модели атмосферы может быть проведено некорректно. Статья опубликована в журнале Science.

Горячие юпитеры представляют собой газовые гиганты, обращающиеся вокруг своих звезд по орбитам с периодами менее десяти дней. Исторически они были первыми обнаруженными у обычных звезд экзопланетами и до сих пор представляют большой интерес для планетологов. В частности, в их атмосферах, разогретых до больших температур излучением звезд, можно найти разнообразные и необычные аэрозоли, например облака из кварца или капель железа. 

Однако к настоящему времени не до конца ясно, какой процесс лидирует в формировании аэрозолей на горячих юпитерах: конденсация веществ из газовой фазы или фотохимические реакции. Кроме того, сложности возникают и при моделировании процессов переноса аэрозолей в атмосферах этих экзопланет из–за ограниченности наблюдательных данных. Решение этих задач крайне важно для ученых, так как аэрозоли влияют на получаемые спектры атмосфер и могут привести к неверной интерпретации данных наблюдений.

Группа астрономов во главе с Сагником Мукерджи (Sagnick Mukherjee) из Университета Джонса Хопкинса опубликовала результаты анализа данных трасмиссионной спектроскопии за атмосферой горячего юпитера WASP-94A b при помощи прибора NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) «Джеймса Уэбба» во время одиночного события транзита экзопланеты по звезде. При подобных наблюдениях телескоп регистрирует излучение звезды, прошедшее сквозь атмосферу экзопланеты, а затем исследователи выделяют из полученных спектров только те особенности, что относятся к планетарной атмосфере. Наблюдения велись в диапазоне длин волн от 0,8 до 2,8 микрометра, исследователи также использовали в работе архивные спектры, ранее полученные прибором NIRSpec.

WASP-94A b находится в 690 световых годах от Солнца в созвездии Микроскопа и обращается вокруг одной из звезд типа F, входящей в двойную систему. Экзопланета обладает массой 0,456 массы Юпитера и радиусом 1,72 радиуса Юпитера, а ее орбита сильно наклонена относительно экваториальной плоскости родительской звезды, ретроградна и характеризуется периодом в 3,9 дня. Близость к звезде порождает приливный захват и наличие у WASP-94A b постоянных дневной и ночной сторон.

Анализ показал, что атмосфера WASP-94A b выглядит асимметричной: спектры утренней области вблизи терминатора не демонстрируют заметных линий поглощения газов, в то время как вечерняя зона обладает признаками наличия водяного пара. Это может быть описано моделью атмосферы, в которой преобладают облака, а не дымка, причем облака формируются за счет конденсации на более холодной ночной стороне экзопланеты, а затем переносятся к границе дневной стороны, где активно испаряются. Расчетные средние радиусы капель, составляющих облака в утренней области, составляют от 0,1 до 1 микрометра в диапазоне давлений от 0,01 до 1 мбар. 

Моделирование также предсказывает наличие экваториального струйного течения в атмосфере, простирающееся по обеим сторонам экзопланеты, которое способно к горизонтальному переносу капель облаков с утренней области к вечерней за времена до 1,15–2,2 дня. Время, за которое происходит вертикальное перемешивание капель, составляет от 0,06 до 4 дней. Наблюдаются также признаки быстрого истечения из атмосферы гелия, а перепад температур между дневной и ночной сторонами составляет около тысячи кельвин.

Еще одним важным выводом в работе стало то, что если у других горячих юпитеров тоже в наличии различные по свойствам утренние и вечерние области из-за облачных циклов, то это будет отражено в спектрах и может мешать правильной интерпретации состава и свойств облаков, что требует более тщательного анализа данных и их хорошего  качества. Более того, такая ситуация может возникнуть и для меньших по размерам экзопланет, например субнептунов.

Вопрос о том, как возникают горячие юпитеры, не решен до конца до сих пор. Наиболее вероятной считается теория о том, что возникают они вдали от звезды, а затем мигрируют к ней за счет разных механизмов.