Когато преминават пред своите майчини звезди, планетите обикновено изглеждат като идеално кръгли дискове и астрономите отдавна ги измерват по този начин. Нов анализ на гигантската екзопланета WASP-17b с помощта на космическия телескоп James Webb обаче показва, че нейната атмосфера не следва идеална форма — едната ѝ страна изпъква в космоса значително повече от другата.
От страната на планетата, където дневната част преминава във вечер, атмосферата се простира на разстояние, което е около 1,8 пъти по-голямо, отколкото от сутрешната страна. Там температурата е с около 660 °C (1 200 °F) по-висока. Това е първото измерване, което проследява профила на екзопланетна атмосфера от изток на запад и от екватора до полюсите.
Изследването е проведено под ръководството на Лили Алдерсън, постдокторант в Катедрата по астрономия на Корнелския университет, съвместно с Хана Уейкфорд и Дейвид Грант от Университета в Бристол, които са разработили иновативния метод за анализ.
„Това е доказателство за концепцията, че планетите всъщност са триизмерни обекти и че процесите, които теоретично предвиждахме, наистина се случват на практика. Да преминем отвъд изчислителните симулации и да го видим в действителност е съвсем различно нещо.“
Заяви Алдерсън. Webb картографира границата на атмосферата на планетатаWASP-17b е газов гигант, разположен на повече от 1 000 светлинни години от Земята. Той е близо два пъти по-широк от Юпитер, но притежава едва половината от неговата маса. Планетата обикаля изключително близо до своята звезда — един пълен оборот отнема само 3,7 дни, а температурата в атмосферата ѝ достига близо 1 500 °C (2 700 °F). Поради огромното нагряване тялото ѝ е необичайно раздуто.
Когато планетата транзитира пред звездата си, част от звездната светлина преминава през тънкия атмосферен слой по нейната периферия. Тъй като различните газове абсорбират конкретни дължини на вълната, спадът в яркостта разкрива състава на газовия пръстен. Традиционно астрономите изчисляват усреднена стойност за целия контур под формата на идеален кръг.
Вместо това международният екип очерта реалните контури на планетата със специализирания софтуер Harmonica, разработен от Грант и Уейкфорд. В участъците, където атмосферата е по-нагрята и раздута, тъмният силует се простира по-далеч от центъра на планетата.
Телескопът Webb наблюдава транзита на WASP-17b през март 2023 г. с три инструмента във видимия и инфрачервения диапазон. Моделирането на данните за всяка от 24-те спектрални ивици отне около две седмици на 40 компютърни ядра, а крайният резултат осигури самостоятелен спектър за всеки ъгъл около периметъра на планетата.
Вечерната страна е значительно по-горещаПоради синхронното си въртене WASP-17b е постоянно обърната с една и съща страна към звездата. Мощните екваториални ветрове пренасят топлинни маси от дневното полукълбо към нощното. Ето защо границата, където денят преминава във вечер, е чувствително по-гореща от тази, където нощта преминава в утро.
Температурата на сутрешната страна е около 590 °C (1 100 °F), докато на вечерната достига 1 250 °C (2 280 °F). По-горещият газ се разширява в по-голяма степен, поради което атмосферата на вечерната страна се издига значительно по-високо. Видимият размер на планетата по периферията варира с между 0,9% и 1,6% от нейния радиус, което съответства на разлика в дебелината на слоя от 1 200 до 2 100 км.
Тази изразена асиметрия надминава резултатите от изследванията на други три горещи екзопланети, където температурните разлики варираха между 100 °C и 280 °C (от 180 °F до 500 °F), като и трите са по-хладни от WASP-17b.
В интервю за Earth.com Уейкфорд заяви, че новата карта изцяло променя възможностите за интерпретация на данните.
„Този подход ни позволява за първи път да проследяваме локалните метеорологични условия около цялата планета.“
Отбелязва тя.За първи път екипът успя да проследи и как температурата се променя по полюсите на екзопланетата.
Водата и въглеродният диоксид са равномерно разпределениНовата картографска методика позволява измерването не само на температурата, но и на химическия състав. Водната пара и въглеродният диоксид проявяват силни абсорбционни линии в диапазона на телескопа Webb, като екипът измери точното им количество при всеки ъгъл.
И двата газа се оказаха хомогенно разпределени по цялата периферия, което потвърждава компютърните климатични модели. Сигналите от молекулите се измерват по-лесно на раздутата вечерна страна, където високата атмосфера подсилва спектралните отпечатъци, отколкото на по-хладната сутрешна страна.
„Беше изключително важно да потвърдим, че ключови молекули като водата и въглеродния диоксид поддържат постоянна концентрация по целия периметър.“
Добавя Алдерсън.По отношение на облачната покривка анализите се оказаха по-сложни. При един от наборите модели най-добрите резултати показваха наличие на облаци на сутрешната страна и чиста атмосфера от полюсите до вечерния сектор. Вторият набор модели не успя да определи конкретните свойства на облаците.
Температурният профил на WASP-17b преминава границата, при която силикатните облачни съединения отстъпват място на солевите аерозоли. Това означава, че в различните региони на планетата могат да съществуват коренно различни видове облаци.
Предстоящите наблюдения на Webb ще изследват облацитеЕкипът прие хипотезата, че северното и южното полукълбо на планетата са огледални едно спрямо друго, което обаче може да не важи за други екзопланети. Спектралните ивици в средния инфрачервен диапазон са достатъчно широки, за да скриват фини промени по краищата. Индикациите, че концентрацията на метан се увеличава към полюсите — както предвиждат някои теоретични модели — все още не са достатъчно силни, за да бъдат окончателно потвърдени.
Новият одобрен цикъл от наблюдения с телескопа Webb в средния инфрачервен диапазон се очаква да осигури значително по-ясна картина за структурата на облаците. Екипът вече прилага опростена версия на тази методика и при втори „горещ Юпитер“ — HD 209458b, като проучва детайлно как WASP-17b се променя в зависимост от ъгъла на наблюдение. Уейкфорд сподели, че се надява този метод в бъдеще да позволи проследяването на отделни бури на далечни планети.
Засега асиметричният контур на WASP-17b показва колко огромни детайли могат да научат астрономите за климата и времето на свят, разположен на повече от 1 000 светлинни години от Земята.