Навколо зірки, що знаходиться за 880 світлових років від Землі, обертається одна з найбільш екстремальних екзопланет, які будь-коли знаходили астрономи.
Її назва – Тілос (WASP-121b), світ, що настільки близько розташований до своєї зірки, що його атмосфера насичена парами металів, а дощі йдуть із рідких сапфірів та рубінів. Тепер вчені змогли відтворити її атмосферу у тривимірному вигляді, побивши недавній рекорд за найшвидшими вітрами та відкривши клімат, який не має аналогів у Сонячній системі.
Це відкриття приголомшує. Потужні струменеві потоки переміщують хмари заліза і титану швидше, ніж планета встигає обертатися, а вертикальні циркуляційні потоки переносять енергію глибоко вниз.
“Ця атмосфера поводиться так, що кидає виклик нашому розумінню погодних явищ – не лише на Землі, а й на всіх планетах,” – пояснює астрофізик Юлія Вікторія Зайдель з Європейської Південної Обсерваторії. “Це виглядає, як щось із наукової фантастики.”
Суперзвукові вітри з металу: карта атмосфери Тілоса
Серед майже 6000 підтверджених екзопланет Чумацького Шляху Тілос має одну з найбільш детально досліджених атмосфер. Він належить до класу “гарячих Юпітерів” – газових гігантів, які обертаються настільки близько до своїх зірок, що їхня температура перевищує температуру деяких зірок.
Фактично, Тілос – це класичний представник “ультрагарячих Юпітерів”. Його радіус у 1,74 раза перевищує радіус Юпітера, а маса становить 1,16 маси Юпітера. Один оберт навколо зірки триває лише 30 годин, а температура рівноваги сягає 2360 К (2087°C або 3788°F). Під впливом гравітації та екстремальної температури атмосфера Тілоса поступово випаровується в космос.
Гарячі Юпітери приваблюють астрономів тим, що їхні роздуті атмосфери дозволяють детально досліджувати хімічний склад за спектральним аналізом світла, яке проходить через них під час транзиту перед зіркою. Саме таким методом вдалося визначити присутність металів у атмосфері Тілоса.
Щоб отримати детальнішу картину, команда Зайдель використала всі чотири телескопи комплексу Very Large Telescope (VLT) Європейської Південної Обсерваторії, що дозволило створити першу у світі тривимірну карту екзопланетної атмосфери.
“Ми виявили щось абсолютно нове: струменевий потік обертає матеріал навколо екватора, а окремий потік у нижніх шарах атмосфери переміщує гази від гарячого боку планети до холодного. Подібного клімату ще ніколи не спостерігали на жодній планеті,” – каже Зайдель. “Навіть найсильніші урагани Сонячної системи виглядають спокійними у порівнянні.”
Найшвидші вітри у Всесвіті
Через екстремальну близькість до своєї зірки, Тілос знаходиться у стані приливного захоплення – він завжди повернутий до неї однією стороною. Це створює величезний температурний контраст між денним і нічним боками, що призводить до утворення потужних вітрів, які рухаються з надзвуковою швидкістю.
Астрономи виявили струменевий потік, що охоплює половину планети і прискорюється на денному боці, здіймаючи атмосферу на висоту в кілька шарів.
Вранці швидкість потоку сягала 13,7 км/с. До вечора вона майже подвоїлася – до 26,8 км/с. Це найшвидший атмосферний потік, який коли-небудь реєстрували астрономи.
Різниця температур між ранком і вечором становить близько 950 К, що вказує на нагрівання струменевого потоку під час його руху.
Шари атмосфери Тілоса
У нижніх шарах атмосфери вітри переносять хмари заліза з надротаційною швидкістю – швидше, ніж обертається сама планета. Вище знаходиться шар натрію, а ще вище – воднева оболонка, яка поступово випаровується в космос.
Вперше астрономи також зафіксували наявність титану в атмосфері. Раніше вважалося, що він там відсутній, але тепер зрозуміло, що він прихований у глибших шарах атмосфери.
Що це означає для науки
Дослідження Тілоса стало величезним проривом для науки про екзопланети.
“Неможливо не захоплюватися тим, що ми можемо вивчати хімічний склад і клімат планети на такій величезній відстані,” – зазначає астрофізик Бібіана Прінот із Лундського університету у Швеції. “Це дає відчуття, що ми стоїмо на порозі відкриттів, які поки що здаються фантастикою.”
Результати цього дослідження дозволяють краще розуміти атмосферні процеси екзопланет, а також можливі механізми формування і зникнення їхніх атмосфер. Тілос відкриває вікно у майбутні відкриття, які можуть змінити наше розуміння Всесвіту.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature.