Изучая уникальный класс сверхгорячих экзопланет, астрономы космического телескопа НАСА Хаббл, возможно, захотят потанцевать под песню для вечеринки Калипсо «Горяче, горячо, горячо». Это потому, что эти раздутые миры размером с Юпитер настолько ненадежно близки к своей родительской звезде, что они поджариваются при кипящих температурах выше 3000 градусов по Фаренгейту. Этого достаточно, чтобы испарить большинство металлов, включая титан. У них самая горячая планетарная атмосфера из когда-либо виденных.
В двух новых работах группы астрономов Хаббла сообщают о странных погодных условиях в этих раскаленных мирах. На одной планете идет дождь из испарившегося камня, а на другой верхняя атмосфера становится скорее горячей, чем прохладной, потому что она «обжигается» интенсивным ультрафиолетовым (УФ) излучением своей звезды.
Это исследование выходит за рамки простого поиска странных и причудливых планетных атмосфер. Изучение экстремальной погоды дает астрономам лучшее представление о разнообразии, сложности и экзотической химии, происходящей в отдаленных мирах по всей нашей галактике.
«У нас до сих пор нет хорошего понимания погоды в разных планетарных средах», — сказал Дэвид Синг из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, соавтор двух исследований. «Когда вы смотрите на Землю, все наши прогнозы погоды по-прежнему точно настроены на то, что мы можем измерить. Но когда вы отправляетесь на далекую экзопланету, ваши способности к предсказанию ограничены, потому что вы не построили общую теорию о том, как все в атмосфере идет вместе и реагирует на экстремальные условия. Даже если вы знаете основы химии и физики, вы не знаете, как это будет проявляться сложным образом».
В статье в журнале Nature от 6 апреля астрономы описывают наблюдения Хаббла над WASP-178b, расположенной на расстоянии около 1300 световых лет. На дневной стороне атмосфера безоблачна и обогащена монооксидом кремния. Поскольку одна сторона планеты постоянно обращена к своей звезде, жаркая атмосфера устремляется к ночной стороне со сверхураганной скоростью, превышающей 2000 миль в час. На темной стороне монооксид кремния может достаточно остыть, чтобы сконденсироваться в горную породу, выпадающую дождем из облаков, но даже на рассвете и в сумерках планета достаточно горячая, чтобы испарить горную породу. «Мы знали, что увидели что-то действительно интересное с этой особенностью монооксида кремния», — сказал Джош Лотрингер из Университета Юта-Вэлли в Ореме, штат Юта.
В статье, опубликованной в выпуске Astrophysical Journal Letters от 24 января , Гуанвэй Фу из Мэрилендского университета в Колледж-Парке сообщил о сверхгорячем Юпитере KELT-20b, расположенном примерно в 400 световых годах от нас. На этой планете вспышка ультрафиолетового света от ее родительской звезды создает тепловой слой в атмосфере, очень похожий на земную стратосферу. «До сих пор мы никогда не знали, как звезда-хозяин напрямую влияет на атмосферу планеты. Было много теорий, но теперь у нас есть первые данные наблюдений», — сказал Фу.
Для сравнения, на Земле озон в атмосфере поглощает УФ-излучение и повышает температуру в слое на высоте от 7 до 31 мили над поверхностью Земли. На KELT-20b УФ-излучение звезды нагревает металлы в атмосфере, что создает очень сильный тепловой инверсионный слой.
Доказательства были получены в результате обнаружения Хабблом воды в наблюдениях в ближнем инфракрасном диапазоне, а также в результате обнаружения угарного газа космическим телескопом Спитцер НАСА. Они излучаются через горячую прозрачную верхнюю атмосферу , созданную инверсионным слоем. Эта сигнатура уникальна по сравнению с тем, что астрономы видят в атмосферах горячих юпитеров, вращающихся вокруг более холодных звезд, таких как наше Солнце. «Спектр излучения KELT-20b сильно отличается от спектра других горячих юпитеров», — сказал Фу. «Это убедительное доказательство того, что планеты не живут изолированно, а находятся под влиянием своей звезды-хозяина».
Хотя сверхгорячие Юпитеры непригодны для жизни, такого рода исследования помогают лучше понять атмосферу потенциально обитаемых земных планет. «Если мы не сможем понять, что происходит на сверхгорячих Юпитерах, где у нас есть надежные надежные данные наблюдений, у нас не будет шанса выяснить, что происходит в более слабых спектрах при наблюдении экзопланет земной группы», — сказал Лотрингер. «Это проверка наших методов, которая позволяет нам получить общее представление о физических свойствах, таких как образование облаков и структура атмосферы».