«Джеймс Уэбб» впервые разделил утро и вечер на экстремальной экзопланете WASP-121b

Международная группа астрономов под руководством Кирилла Гаппа из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» впервые детально проанализировала различия между дневной и ночной сторонами экзопланеты WASP-121b. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

WASP-121b относится к классу «ультрагорячих Юпитеров» и считается одной из самых негостеприимных планет из известных. Газовый гигант вращается настолько близко к своей звезде, что полный оборот занимает всего 30,5 часа. Из-за колоссального гравитационного воздействия светила планета деформировалась: вместо привычной сферы она напоминает мяч для регби. WASP-121b находится в приливном захвате, всегда обращённая к звезде одной стороной, где царит вечный день, тогда как на противоположной стороне — вечная ночь. Температура на дневном полушарии превышает 2500 °C, что достаточно для испарения металлов. Из атмосферы под воздействием ультрафиолета улетучиваются магний и железо, а на более холодной ночной стороне идут дожди из жидкого железа, рубинов и сапфиров. Скорость ветров здесь достигает рекордных 18 000 км/ч.

Во время транзита — прохождения планеты на фоне диска звезды — экзопланета немного разворачивается относительно земного наблюдателя. Это позволило «Уэббу» послойно изучить атмосферу на границе дня и ночи. Анализ спектральных сигналов водяного пара и угарного газа выявил чёткую асимметрию. Вечерний терминатор, зона ухода в тень, оказался значительно горячее: мощные ветры переносят раскалённые воздушные массы с дневной стороны на ночную. Высокая температура здесь буквально расщепляет молекулы воды в верхних слоях атмосферы. Здесь же в газообразном состоянии находятся оксид кремния, а также металлы — железо и магний, испаряющиеся на дневной стороне и уносимые ветром на восток. Утренний терминатор, зона выхода на свет, существенно холоднее. Остывая, атомы водорода и кислорода снова объединяются, восстанавливая молекулы водяного пара. Из-за более низких температур оксид кремния и другие тугоплавкие соединения переходят из газообразного состояния в твёрдое и жидкое. Утреннее небо частично или полностью затянуто густыми облаками из силикатных минералов, родственных земному кварцу.

На ночной стороне планеты выпадают «драгоценные» осадки. Пары железа, попадая на ночную сторону, где температура опускается ниже точки кипения металла, мгновенно конденсируются. В средних слоях атмосферы формируются металлические облака, которые проливаются каплями жидкого железа. В атмосфере WASP-121b также присутствуют испарения алюминия и титана. При охлаждении на ночной стороне они связываются с кислородом, образуя минерал корунд. На Земле корунд с примесями хрома, железа или титана — это рубины и сапфиры. Таким образом, облака на ночной стороне WASP-121b состоят из жидких и кристаллизующихся драгоценных камней.

Новая методика спектрального послойного анализа, опробованная на WASP-121b, открывает перед астрономией новые горизонты. В будущем учёные планируют применить её для оценки метеорологических условий и картирования атмосфер других далёких газовых гигантов.