WASP‑94A b: почему на этой экзопланете пасмурно по утрам и ясно по вечерам

Каждое утро на экзопланете WASP‑94A b, относящейся к классу «горячих Юпитеров», небо затягивают плотные облака из песчаных частиц, но к вечеру они бесследно исчезают, открывая чистое небо. Такую необычную погодную картину восстановили астрономы по данным космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Исследование опубликовано в журнале Science.

Что за планета «горячий Юпитер»

WASP‑94A b вращается вокруг звезды WASP‑94A, которая чуть горячее, крупнее и ярче нашего Солнца. Расстояние от Земли до этой системы — около 700 световых лет.

WASP-94A b называют «горячим Юпитером», потому что это газовый гигант, который обращается вокруг своей звезды очень близко и из-за этого сильно нагревается. Такая тесная близость определяет главную особенность WASP‑94A b — приливный захват. Планета всегда обращена к звезде одной и той же стороной: дневная половина раскалена, ночная — относительно прохладна. Период обращения вокруг звезды составляет около четырех земных суток, и за это же время планета делает один оборот вокруг собственной оси, подобно тому как Луна всегда повернута к Земле одной стороной.

Почему утром на «горячем Юпитере» облачно, а вечерами ясно

Телескоп «Уэбб» наблюдал WASP‑94A b в момент транзита — когда планета проходила перед диском своей звезды. Исследователи проводили замеры в начале прохождения и в конце. Передний край транзита соответствует утреннему терминатору: там атмосферные газы перетекают с ночной стороны на дневную. Задний край — это вечерний терминатор, где поток движется с дневной стороны на ночную. Сравнив спектры, астрономы увидели резкое различие: на утренней границе спектр указывал на обилие облаков из силиката магния, тогда как вечерняя граница демонстрировала чистый, свободный от примесей состав.

Почему облака ведут себя так странно? У ученых есть две основные гипотезы.

1. 1. Согласно одной, мощные ветры, дующие с ночной стороны на дневную, поднимают облачные частицы высоко в атмосферу на холодной половине планеты. Когда воздушный поток достигает раскаленной дневной стороны, он опускается вниз и увлекает облака в глубокие слои, где они становятся невидны для внешних наблюдений.
2. 2. Другая гипотеза напоминает земной механизм рассеивания утреннего тумана. На ночной стороне, где температуры ниже, пары силикатов конденсируются в твердые песчинки и формируют облака. Затем воздушные массы переносят эти облака на дневную сторону, где экстремальная жара испаряет минеральные частицы, и облака попросту исчезают.

Какая из моделей верна, покажут дальнейшие наблюдения, но уже сейчас ясно, что погода на WASP‑94A b подчиняется резкой дихотомии между двумя сторонами планеты.

Почему ученые заинтересовались погодой на экзопланете

Безоблачные вечера дали исследователям уникальную возможность — изучить атмосферу без помех, которые обычно создают облака. Раньше телескоп «Хаббл» при подобных наблюдениях давал лишь усредненную картину: данные об облаках и о газовом составе смешивались, и разделить их не удавалось. «Уэбб» позволил локализовать измерения именно на вечернем терминаторе, и спектр показал чистый химический состав атмосферы. Это привело к пересмотру прежних оценок.

Ранние наблюдения говорили, что содержание кислорода и углерода на WASP‑94A b в сотни раз выше, чем на Юпитере. Новый, более точный анализ снизил это значение до пятикратного превышения — такая цифра гораздо лучше согласуется с современными моделями формирования планет-гигантов и приближает WASP‑94A b по составу к нашему родному Юпитеру.

Кроме того, впервые удалось не просто обнаружить облака, но и определить их вещество и проследить, как они конденсируются и испаряются при перемещении по планете. Ученые отметили, что контраст между утром и вечером стал огромным сюрпризом. Утренние облака из песчаного силиката и вечерняя прозрачность позволили одновременно исследовать и химический состав, и погодные циклы на экзопланете.

Это открытие не только уточняет наши представления о далеких мирах, но и приближает момент, когда астрономы смогут предсказывать погоду на планетах за сотни световых лет от Земли, а также лучше понимать, как формируются и эволюционируют газовые гиганты во Вселенной.