Наблюдението на планетите извън нашата Слънчева система е една твърде

Наблюдението на планетите отвън нашата Слънчева система е една прекомерно сложна задача. Както заради отдалечеността им от инструментите, с които можем да ги учим, по този начин и тъй като са сложни за наблюдаване, защото обикалят към доста по-големи и по-ярки звезди. За да се схванат да вземем за пример измененията в техните атмосфери, е належащо да се комбинират голям брой висококачествени данни, получени за дълъг интервал от време.

Наскоро това беше направено за първи път благодарение на архивните данни от Хъбъл за екзопланетата WASP-121 b, известна още като Tylos. Започвайки с наблюденията на Хъбъл, събрани през 2016 година, 2018 година и 2019 година, екипът от учени съумя освен да проучва атмосферата на планетата, само че и да съпостави положението на тази атмосфера в продължение на няколко години, като откри ясни доказателства за нейната смяна.

След това екипът употребява комплицирани техники за моделиране, с цел да покаже кои метеорологични модели могат да обяснят тези времеви вариации на екзопланетата.

Наблюдението на WASP-121 b благодарение на Хъбъл

WASP-121 b е добре изучен парещ Юпитер, който обикаля към звезда на 880 светлинни години от Земята и прави един оборот към нея за 30 часа. Тъй като е толкоз покрай звездата си, WASP-121b е приливно заключена: едната страна на планетата постоянно е обърната към звездата и е доста гореща, с температура над 3000 градуса по Келвин (или 2700 градуса по Целзий).

Екипът комбинира четири набора от архивни наблюдения на WASP-121b, направени с широкоъгълната камера на Хъбъл 3 (WFC 3). Пълният набор от събрани данни включва наблюдения на:

WASP-121 b, преминаващ пред своята звезда през юни 2016 г. Транзитът – прекосяването на WASP-121 b зад звездата си (събитие, известно като вторично затъмнение) през ноември 2016 г. Двете светлинни криви, записани надлежно през март 2018 година и февруари 2019 година

Картите, показващи прекомерно другите разпределения на температурата в атмосферата на WASP-121 b през другите интервали на наблюдаване. Налице са доказателства за непрекъснати и повтарящи се стихии от планетарен мащаб

Екипът взема решение да третира всеки набор от данни по един и същи метод, макар че някои от данните към този момент са били третирани в предходни изследвания. Третирането на всеки набор по един и същи метод разрешило на екипа да съпостави непосредствено резултатите от всеки набор от наблюдения. Един от членовете на екипа, Куентин Ченджат, откривател на ЕКА в Научния институт за галактически телескопи, изяснява:

„ Информацията, която извлекохме от тези наблюдения, беше употребена за характеризиране (химичен състав, температура и облачност) на атмосферата на WASP-121 b в разнообразни интервали от време. Това ни даде отлична визия за измененията на планетата с течение на времето.

Очевидните вариации в тази извънземна атмосферна среда

След пречистването на всеки обработен набор екипът открива ясни доказателства, че атмосферата на WASP-121 b се е трансформирала с течение на времето. На първо място, данните от Хъбъл демонстрират очевидното изместване на горещата точка на екзопланетата – най-горещата точка на нейната повърхнина, която не постоянно се намира в най-близката точка до звездата.

Забелязани са и обилни разлики в спектралните характерности, показващи химическия състав на атмосферата на екзопланетата, което допуска бързо изменяща се атмосфера.

След това откривателите използваха комплицирани изчислителни модели, с цел да се опитат да схванат следеното държание на атмосферата на екзопланетата. Моделите демонстрираха, че резултатите могат да бъдат обяснени с квазипериодични метеорологични феномени, по-специално с съществуването на солидни циклони, които непрекъснато пораждат и се разпадат заради голямата температурна разлика сред обърнатата към звездата и тъмната страна на екзопланетата. Този резултат съставлява забележителна стъпка напред в евентуалното наблюдаване на метеорологичните модели на екзопланети.

По-горе е показано видео, в което са показани прогнозите за температурата на WASP-121 b в продължение на 130 дни, сред изгрева, обяда, залеза и среднощ. По-светлите жълти области съставляват области от дневната страна на екзопланетата, където температурите са много над 2000 градуса по Келвин заради близостта ѝ до звездата-домакин (около 2,6% от дистанцията сред Земята и Слънцето).

Поради изключителната температурна разлика сред дневната и нощната страна астрономите подозират, че изпареното желязо и другите тежки метали, които се отделят в горните пластове на атмосферата от дневната страна, отчасти се освобождават назад в долните пластове на атмосферата, предизвиквайки стоманен дъжд на нощната страна. Освен това някои тежки метали напущат горните пластове на атмосферата под въздействието на гравитацията на планетата.

Какво значи това изобретение?

Симулациите с висока разграничителна дарба на атмосферите на екзопланетите дадоха опция на учените тъкмо да моделират времето на свръхгорещите планети от рода на WASP-121 b. Това най-ново проучване е забележителна стъпка напред в проучването на екзоатмосферите – съчетаване на пробните ограничавания от наблюденията и атмосферните симулации, с цел да се схванат измененията във времето.

Сега, откакто тази стъпка е направена, бъдещите наблюдения с Хъбъл и други мощни галактически обсерватории като Джеймс Уеб ще дават повече информация за метеорологичните условия на екзопланети като WASP-121 b. И в последна сметка може би те ще разрешат откриването на екзопланети със постоянни дълготрайни климатични и метеорологични модели.

„ Изследването на климата на екзопланетите е от жизненоважно значение за разбирането на сложността на екзопланетните атмосфери “, споделя Ченджат, „ изключително при търсенето на екзопланети с условия за живот. “