Астрономы обнаружили неожиданную закономерность в атмосферах ультрагорячих юпитеров

Международная группа астрономов выявила новую особенность атмосфер так называемых ультрагорячих юпитеров — гигантских экзопланет, расположенных в непосредственной близости от своих звезд. Анализ наблюдательных данных показал, что по мере роста температуры этих миров скорость атмосферных ветров не увеличивается, как можно было бы предположить, а, наоборот, заметно снижается.

Полученные результаты позволяют по-новому взглянуть на механизмы формирования климата на самых экстремальных планетах, известных современной науке, и могут оказаться важными для дальнейшего изучения экзопланетных атмосфер.

Миры под палящим излучением звезд

Ультрагорячие юпитеры представляют собой газовые гиганты, сопоставимые по размерам с Юпитером или даже превосходящие его. Однако в отличие от планет Солнечной системы они обращаются вокруг своих звезд на крайне малом расстоянии, совершая полный оборот всего за несколько суток, а иногда и за считанные часы.

Из-за такой близости к звезде поверхность их атмосфер постоянно подвергается мощному воздействию излучения. Температура на дневной стороне подобных планет может достигать нескольких тысяч градусов по шкале Кельвина, что делает их одними из самых горячих объектов планетарного типа во Вселенной.

Многие из этих планет находятся в состоянии приливного захвата, когда одна и та же сторона постоянно обращена к звезде. В результате дневная сторона непрерывно нагревается, тогда как ночная остается значительно более холодной. Подобный температурный контраст приводит к возникновению сильнейших атмосферных потоков.

Исследование семи экстремальных экзопланет

В рамках нового исследования ученые проанализировали данные наблюдений семи ультрагорячих юпитеров, полученные при помощи космических телескопов и современных спектроскопических методов.

Основной задачей стало измерение скорости движения атмосферных масс на освещенной стороне планет. Для этого исследователи изучали особенности прохождения света через атмосферу экзопланет и фиксировали изменения спектральных линий, позволяющие определить скорость движения газа.

Результаты оказались весьма неожиданными. Выяснилось, что существует отчетливая зависимость между температурой планеты и скоростью ветров в ее атмосфере.

Чем горячее планета — тем слабее ветры

Согласно полученным данным, на планетах с равновесной температурой около 2000 Кельвинов скорость атмосферных потоков достигает примерно 5 километров в секунду. Для сравнения, это более чем в десять раз превышает скорость звука в атмосфере Земли.

Однако по мере дальнейшего повышения температуры ситуация меняется. На ультрагорячих юпитерах, где температура превышает 3000 Кельвинов, скорость ветров снижается примерно до 1 километра в секунду.

Таким образом, наиболее раскаленные планеты демонстрируют значительно менее интенсивную циркуляцию атмосферы, чем их относительно «прохладные» аналоги.

Почему атмосфера начинает успокаиваться

Ученые связывают обнаруженный эффект с изменением температурного баланса планет.

Обычно ветры возникают из-за разницы температур между различными областями атмосферы. Чем сильнее контраст между нагретыми и холодными зонами, тем интенсивнее движение воздушных масс.

Однако при экстремально высоких температурах атмосфера ультрагорячих юпитеров начинает более эффективно перераспределять тепло по всей планете. В результате температурный перепад между дневной и ночной сторонами уменьшается.

Когда различия в нагреве становятся менее выраженными, ослабевает и главный источник энергии, питающий мощные атмосферные течения. Именно поэтому скорость ветров постепенно снижается несмотря на продолжающийся рост температуры.

Новые данные для климатологии экзопланет

Исследование имеет большое значение для современной экзопланетологии. До сих пор многие модели атмосфер ультрагорячих юпитеров основывались на предположении, что увеличение температуры должно приводить к усилению динамических процессов.

Обнаруженная закономерность показывает, что климатические механизмы на таких объектах могут быть значительно сложнее. Полученные результаты помогут ученым уточнить компьютерные модели атмосфер и повысить точность прогнозов для других экзопланет.

Кроме того, понимание процессов переноса тепла в атмосферах газовых гигантов важно для изучения химического состава этих миров, формирования облаков и распределения различных элементов в верхних слоях атмосферы.

Перспективы дальнейших исследований

Авторы работы отмечают, что для окончательного подтверждения выявленной тенденции необходимо исследовать более широкий набор ультрагорячих юпитеров. В ближайшие годы такую возможность предоставят новые наблюдения с использованием современных космических обсерваторий.

Расширение выборки позволит выяснить, является ли обнаруженная зависимость универсальным свойством всех сверхгорячих газовых гигантов или же существуют исключения, связанные с массой планеты, составом атмосферы и особенностями излучения родительской звезды.

По мнению специалистов, дальнейшее изучение атмосфер экстремальных экзопланет поможет не только лучше понять природу горячих юпитеров, но и приблизит ученых к созданию единой теории эволюции планетных систем за пределами Солнечной системы.

Новое открытие демонстрирует, что даже самые раскаленные миры Вселенной продолжают преподносить исследователям сюрпризы. И чем глубже астрономы изучают далекие экзопланеты, тем более разнообразной и сложной оказывается картина процессов, происходящих в космосе.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что астрономы прослушали экзопланету K2-18b на радиосигналы — признаков инопланетной технологии не обнаружено