|
Небесные эффекты в атмосфере экзопланет
|
|
|
|
Кристаллы льда в атмосфере Земли иногда выстраиваются в нужное положение, создавая различные поразительные визуальные эффекты: от ореола вокруг Луны до ярких пятен, называемых солнечными зайчиками, по обе стороны от солнца на зимнем небе, или радужного столба, называемого вспышкой в виде короны, над грозовым облаком.
|
|
|
|
Астрономы Корнелла обнаружили, что подобные явления могут наблюдаться в небе над некоторыми экзопланетами типа "горячего Юпитера", распространенного типа газообразных гигантов, которые всегда вращаются близко к своей звезде-хозяину. На WASP 17b, экзопланете с горячим Юпитером, ветер со скоростью 10 000 миль в час может выравнивать частицы в облаках из кварца и других кристаллических минеральных аэрозолей, создавая условия, при которых поляризующаяся пыль может взаимодействовать со светом звезд так же, как выровненные кристаллы льда взаимодействуют с солнечным светом на Земле.
|
|
|
|
"Точно так же, как расположение кристаллов льда в атмосфере Земли приводит к наблюдаемым явлениям, мы можем наблюдать расположение кристаллов силиката на экзопланетах горячего Юпитера", - сказал Элайджа Малленс, 24-летний магистр, докторант астрономии и соавтор исследования.
|
|
|
|
Статья "Silicate Sundogs: Исследование влияния направленности зерен в наблюдениях за экзопланетами" была опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters. В своей статье Малленс и соавтор Николь Льюис, доцент кафедры астрономии Колледжа искусств и наук, предполагают, что в атмосфере этой экзопланеты созданы подходящие условия для того, чтобы ветер выравнивал кристаллы силиката - процесс, называемый механическим выравниванием, — создавая визуальные эффекты.
|
|
|
|
|
|
|
По словам Льюиса, идея механического выравнивания была выдвинута в 1952 году профессором астрономии Корнелла Томми Голдом, чтобы объяснить, как выравнивается пыль в межзвездной среде (ISM). Голд предположил, что движение газа выравнивает частицы пыли, как если бы на них дул воздух. Его теория механического выравнивания пылевых частиц ISM не понравилась исследователям; теперь исследователи говорят, что более вероятно, что частицы выравниваются из-за магнитных полей и радиационных моментов, когда звездный свет нагревает одну сторону.
|
|
|
|
"Теперь мы видим, что предложение 1952 года не работает для межзвездной среды, но оно, вероятно, работает для экзопланет с горячим Юпитером, очень горячей атмосферой планеты с высокоскоростными ветрами", - сказал Льюис, который специализируется на динамике атмосферы этих экзопланет. "Когда мы начали изучать атмосферы планет, в частности горячих Юпитеров, мне пришло в голову, что при ветрах со скоростью 10 000 миль в час, проносящихся в этих очень плотных атмосферах, частицы наверняка выровняются".
|
|
|
|
Льюису и Малленсу пришла в голову эта идея, когда они оба были в команде, которая использовала космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для поиска свидетельств наличия нанокристаллов кварца в высотных облаках WASP-17 b, экзопланеты горячего Юпитера, удаленной от Земли на 1300 световых лет, о чем сообщалось в 2023 году.
|
|
|
|
"Мы не ожидали увидеть кристаллы кварца в атмосфере горячего Юпитера", - сказал Льюис. "Мы предсказывали нечто совершенно иное".
|
|
|
|
Кристаллы кварца крошечные: при диаметре в 10 нанометров 10 000 из них могут поместиться на поверхности человеческого волоса. И они имеют вытянутую форму, напоминающую лодки, сказал Малленс. На ветру кристаллы ведут себя как группа лодок на реке с сильным течением.
|
|
|
|
"Если поместить несколько таких кристаллов на очень сильный ветер, как мы ожидаем на горячих Юпитерах, они будут двигаться по ветру, как лодки в потоке", - сказал он.
|
|
|
|
Но даже если они не выровнены по горизонтали относительно ветра, как предлагается в этой статье, сказал Малленс, кристаллы могут быть расположены определенным образом — возможно, вертикально, или с помощью электрических полей, или даже случайным образом, — что создает визуальные эффекты от взаимодействия со светом звезды.
|
|
|
|
Исследователи могут наблюдать эти эффекты с помощью инфракрасного телескопа JWST. По словам Льюиса, они не могут сфотографировать WASP 17b, потому что она находится так далеко, но "если бы мы смогли сфотографировать WASP 17b в оптическом диапазоне длин волн и рассмотреть диск планеты, мы бы увидели подобные особенности, характерные для солнца".
|
|
|
|
Как на Земле, так и на экзопланетах визуальные эффекты многое говорят о том, что происходит в атмосфере, сказал Малленс.
|
|
|
|
"Помимо того, что они красивые, эти эффекты могут рассказать нам о том, как кристаллы взаимодействуют в атмосфере. Это действительно очень информативно, как и на Земле, где атмосферные условия должны быть определенным образом ориентированы по горизонтали, чтобы создать солнечную звезду", - сказал он. "Если мы увидим что-то подобное на горячем Юпитере, мы сможем что-то сказать о том, как кристаллы взаимодействуют с местными силами".
|
|
|
|
В ближайшее время Малленс продолжит изучение направленности частиц на WASP 17b; он является главным исследователем проекта по дальнейшим наблюдениям за экзопланетой, который был принят JWST на следующий год.
|
|
|
|
Источник
|
