|
Загадочная атмосфера экзоюпитера
|
|
|
|
Международная группа исследователей обнаружила, что ранее наблюдавшиеся изменения яркости свободно плавающего объекта планетарной массы, известного как SIMP 0136, должны быть результатом сложного сочетания атмосферных факторов и не могут быть объяснены только облаками.
|
|
|
|
Используя космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба для наблюдения за широким спектром инфракрасного излучения, излучаемого SIMP 0136 в течение двух полных периодов вращения, команда смогла обнаружить изменения в облачных слоях, температуре и химическом составе углерода, которые ранее были скрыты от глаз.
|
|
|
|
Полученные результаты дают важнейшее представление о трехмерной сложности атмосфер газовых гигантов внутри и за пределами нашей Солнечной системы. Подробное описание подобных объектов является важной подготовкой к получению прямых изображений экзопланет, планет за пределами нашей Солнечной системы, с помощью римского космического телескопа НАСА "Нэнси Грейс", который планируется запустить в эксплуатацию в 2027 году.
|
|
|
|
SIMP 0136 - это быстро вращающийся, свободно плавающий объект, масса которого примерно в 13 раз превышает массу Юпитера, расположенный в Млечном Пути всего в 20 световых годах от Земли. Хотя SIMP 0136 не классифицируется как экзопланета— газовый гигант — она не вращается вокруг звезды и может быть коричневым карликом, - она является идеальной мишенью для экзометеорологии: это самый яркий объект такого рода на севере неба. Поскольку она изолирована, за ней можно наблюдать, не опасаясь светового загрязнения или изменчивости, вызванной звездой-хозяином. А короткий период ее вращения, составляющий всего 2,4 часа, позволяет проводить исследования очень эффективно.
|
|
|
|
|
|
|
До наблюдений Уэбба SIMP 0136 был тщательно изучен с помощью наземных обсерваторий и космических телескопов НАСА "Хаббл" и "Спитцер".
|
|
|
|
"Мы уже знали, что оно различается по яркости, и были уверены, что существуют неоднородные слои облаков, которые то появляются, то исчезают из поля зрения и эволюционируют с течением времени", - объяснила Эллисон Маккарти, докторант Бостонского университета и ведущий автор исследования, опубликованного в Astrophysical Journal Letters. "Мы также предполагали, что на яркость могут влиять колебания температуры, химические реакции и, возможно, некоторые эффекты полярного сияния, но мы не были уверены".
|
|
|
|
Чтобы выяснить это, команде понадобилась способность Уэбба очень точно измерять изменения яркости в широком диапазоне длин волн.
|
|
Составив карту тысяч инфракрасных радуг
|
|
|
|
Используя спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), Уэбб запечатлел тысячи отдельных спектров размером от 0,6 до 5,3 мкм - по одному с интервалом в 1,8 секунды в течение более чем трех часов, пока объект совершал один полный оборот. За этим сразу же последовали наблюдения с помощью MIRI (прибора среднего инфракрасного диапазона), который собрал сотни спектроскопических измерений света длиной волны от 5 до 14 микрон - по одному каждые 19,2 секунды на протяжении очередного оборота.
|
|
|
|
В результате были получены сотни подробных кривых блеска, каждая из которых показывает изменение яркости с очень точной длиной волны (цвета) при повороте объекта с разных сторон.
|
|
|
|
"Увидеть полный спектр изменений этого объекта в течение нескольких минут было невероятно", - сказала главный исследователь Джоанна Вос из Дублинского Тринити-колледжа. "До сих пор у нас был только небольшой фрагмент ближнего инфракрасного спектра от "Хаббла" и несколько измерений яркости от "Спитцера"".
|
|
|
|
Команда почти сразу заметила, что существует несколько различных форм кривой блеска. В любой момент времени некоторые длины волн становились ярче, в то время как другие становились тусклее или вообще практически не менялись. На изменения яркости, должно быть, влиял ряд различных факторов.
|
|
|
|
"Представьте, что вы наблюдаете за Землей издалека. Если бы вы рассмотрели каждый цвет по отдельности, вы бы увидели различные узоры, которые рассказали бы вам кое-что о ее поверхности и атмосфере, даже если бы вы не смогли различить отдельные особенности", - объяснил соавтор Филип Мюрхед, также из Бостонского университета. "Синий цвет будет увеличиваться по мере того, как океаны будут становиться видимыми. Изменения в коричневом и зеленом цветах расскажут вам кое-что о почве и растительности".
|
|
|
|
Неоднородные облака, горячие точки и химический состав углерода
|
|
|
|
Чтобы выяснить, что может быть причиной изменчивости на SIMP 0136, команда использовала атмосферные модели, чтобы показать, где в атмосфере возникает каждая длина волны света.
|
|
|
|
"Разные длины волн предоставляют информацию о разных глубинах в атмосфере", - объяснил Маккарти. "Мы начали понимать, что длины волн, которые имели наиболее схожие формы кривой блеска, также достигали одинаковой глубины, что укрепило нашу идею о том, что они должны быть вызваны одним и тем же механизмом".
|
|
|
|
Например, одна группа длин волн исходит из глубин атмосферы, где могут быть неоднородные облака, состоящие из частиц железа. Вторая группа исходит из облаков, расположенных выше, которые, как полагают, состоят из крошечных зерен силикатных минералов. Различия в обеих кривых блеска связаны с неоднородностью облачных слоев.
|
|
|
|
Третья группа длин волн возникает на очень большой высоте, намного выше облаков, и, по-видимому, отражает температуру. Яркие "горячие точки" могут быть связаны с полярными сияниями, которые ранее были обнаружены на радиоволнах, или с подъемом горячего газа из более глубоких слоев атмосферы.
|
|
|
|
Некоторые кривые блеска не могут быть объяснены ни облачностью, ни температурой, но вместо этого показывают изменения, связанные с химическим составом углерода в атмосфере. Возможно, скопления монооксида углерода и двуокиси углерода то появляются, то исчезают из поля зрения, или химические реакции, вызывающие изменение атмосферы с течением времени.
|
|
|
|
"Мы еще толком не разобрались с химической частью головоломки", - сказал Вос. "Но эти результаты действительно впечатляют, потому что они показывают нам, что содержание таких молекул, как метан и углекислый газ, может меняться от места к месту и с течением времени. Если мы смотрим на экзопланету и можем получить только одно измерение, нам нужно учитывать, что оно может быть не репрезентативным для всей планеты".
|
|
|
|
Источник
|
