На семи горячих экзопланетах ветры оказались медленнее, чем ожидалось: это может указывать на магнитные поля

Ветры на некоторых самых горячих планетах за пределами Солнечной системы движутся гораздо быстрее самых быстрых стратосферных ветров, измеренных на Юпитере. Наблюдения с помощью комплекса радиотелескопов ALMA показали, что ветры вблизи полюсов Юпитера достигают около 1450 километров в час. На семи чрезвычайно горячих экзопланетах измеренные скорости атмосферных ветров составили от менее 7200 километров в час на WASP-189 b до примерно 25 200 километров в час на WASP-76 b. Измерения касаются разных областей атмосферы, но они иллюстрируют экстремальные условия на этих далёких мирах.

Используя данные Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории и телескопа Gemini North, международная команда измерила ветры на семи газовых гигантах-экзопланетах, известных как ультрагорячие юпитеры. Статья «Напряжённость магнитных полей горячих гигантских экзопланет согласуется со значениями Солнечной системы» опубликована в Nature Astronomy 2 июня 2026 года. Исследователи обнаружили: измеренные скорости ветров снижались по мере роста температуры планет. Эта закономерность даёт свидетельство того, что магнитное торможение влияет на атмосферную циркуляцию, и предлагает новый способ оценки магнитной активности за пределами Солнечной системы. Эти оценки получены из атмосферных наблюдений и моделей, а не из прямых измерений магнитных полей планет.

Команда изучала WASP-76 b, KELT-20 b, WASP-121 b, WASP-178 b, TOI-1518 b, HAT-P-70 b и WASP-189 b. Эти планеты обращаются чрезвычайно близко к своим звёздам и находятся в приливном захвате: каждая планета совершает один оборот вокруг оси за то же время, что и один оборот по орбите. В результате одна сторона постоянно обращена к звезде, а другая остаётся в темноте. Это создаёт большую разницу температур между полушариями. Дневная сторона получает интенсивное излучение звезды, ночная остаётся существенно холоднее. Эти различия в температуре и давлении приводят к сильной атмосферной циркуляции, включая ветры, переносящие тепло с дневной стороны на ночную.

Эти ветры астрономы измерили с помощью спектрографа ESPRESSO на Очень большом телескопе в Чили и инструмента MAROON-X на телескопе Gemini North на Гавайях. Оба прибора могут измерять мельчайшие изменения длин волн света от далёких объектов. Команда изучала железо в атмосферах планет. Когда планета проходит перед своей звездой, часть звёздного света проходит через внешние слои её атмосферы, прежде чем достичь нас. Железо поглощает определённые длины волн, формируя характерный узор в свете. Астрономы могут определить скорость газа в атмосфере, движущегося к наблюдателю или от него, по сдвигам этих спектральных линий.

Исследователи использовали эти доплеровские сдвиги, чтобы сравнить ветры на всех семи планетах, применяя один и тот же атмосферный индикатор и метод анализа. Это сделало результаты более согласованными, чем сравнения, объединяющие наблюдения разных химических элементов, полученные разными приборами и методами. Измерения сосредоточились на ветрах вблизи терминатора — границы между постоянно освещённой дневной стороной и более тёмной ночной. Наблюдения охватили уровни атмосферного давления примерно от 1 до 100 миллибар, причём наибольший вклад дал уровень около 30 миллибар. Они не дали полной карты атмосферной циркуляции ни на одной из планет.

Неожиданный результат появился, когда исследователи сравнили скорости ветров с равновесными температурами планет. Вместо того чтобы становиться быстрее с ростом температуры, измеренные ветры становились медленнее. Это противоречило тому, что обычно ожидается только от атмосферного нагрева. Большее звёздное излучение создаёт более сильный температурный контраст между дневной и ночной сторонами, что может генерировать более сильные перепады давления и ускорять атмосферную циркуляцию.

Более ранние атмосферные модели изучали, как интенсивный звёздный нагрев и разные формы торможения влияют на ветры горячих юпитеров. Исследования, опубликованные в 2010 году, изучали, как электрические токи и омическая диссипация могут влиять на циркуляцию этих планет. Работа 2026 года проверила объяснение магнитного торможения на сравнимых измерениях ветров семи экзопланет. Исследователи обнаружили: снижение скорости ветров с ростом температуры несовместимо с чисто гидродинамическими процессами, но соответствует предсказаниям моделей магнитного торможения. Это говорит о том, что магнитные эффекты становятся всё более важными по мере того, как атмосферы становятся горячее и электропроводнее.

Процесс начинается с чрезвычайно высоких температур атмосфер ультрагорячих юпитеров. При достаточно высоких температурах атомы таких элементов, как натрий и калий, частично ионизируются: некоторые их электроны отделяются от атомов. Это создаёт электрически заряженные частицы и повышает электропроводность атмосферы. Когда проводящий газ движется через магнитное поле, возникают электрические токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создаёт силу, противодействующую атмосферному движению. Эта тормозящая сила называется омическим торможением. Электрическое сопротивление затем преобразует часть кинетической энергии атмосферы в тепло — процесс, известный как омическая диссипация. Два термина описывают связанные, но различные части процесса: торможение замедляет газ, а диссипация преобразует энергию в тепло.

Чем горячее атмосфера, тем больше она может ионизироваться и тем сильнее её взаимодействие с магнитным полем. Это даёт физическое объяснение тому, почему самый сильный звёздный нагрев не обязательно означает самые быстрые ветры. Отчёт 2010 года о магнитном торможении в атмосферах горячих юпитеров уже изучал, как взаимодействия между атмосферными ветрами и планетарными магнитными полями могут ограничивать скорость ветров. С новыми данными мы можем проверить эти теоретические предсказания на измерениях множества планет, а не только на расчётах для одного шара.

Но исследователи не остановились на выявлении магнитного торможения как возможной причины. Они использовали измеренные скорости ветров и атмосферные модели, чтобы определить напряжённость магнитных полей планет. Для пяти планет с равновесными температурами примерно от 2200 до 2500 кельвинов оценки предполагали атмосферные магнитные поля чуть более примерно 2 гаусс. Для двух самых горячих планет оценки выросли примерно до 6 гаусс, хотя с гораздо большей неопределённостью. Эти результаты в целом сопоставимы с напряжённостью магнитных полей, найденной в Солнечной системе. Некоторые более ранние теоретические модели предсказывали поля в сотни гаусс, частично потому что предполагали дополнительное тепло, откладываемое глубоко в области динамо планеты. Другие модели учитывали обратную связь между электрическими токами в горячих атмосферах и конвекцией, генерирующей магнитные поля, и предсказывали гораздо более слабые поля всего в несколько гаусс. Новые оценки поддерживают это объяснение слабых полей. Телескопы обнаружили доплеровские сдвиги в линиях поглощения железа, которые выявили скорости атмосферного газа вдоль линии зрения. Исследователи объединили эти измерения ветров с оценками электропроводности и магнитного торможения, чтобы вывести напряжённость атмосферных полей.

Расчёты имеют важные ограничения. Наблюдения отслеживают ветры в определённых атмосферных слоях вблизи терминатора, а не карту циркуляции по всей планете. Выведенные напряжённости полей также зависят от предположений о температуре, давлении, химическом составе, атмосферной проводимости и направлении ветров. Поэтому исследователи описывают свои результаты как оценки порядка величины атмосферных магнитных полей, а не прямые измерения магнитных полей, генерируемых глубоко внутри планет. Они также призывают к более детальным моделям, учитывающим взаимодействия между атмосферными токами и внутренними магнитными полями. Даже с этими ограничениями метод даёт астрономам способ исследовать магнитную активность на далёких планетах с помощью атмосферных наблюдений.

Семь планет показывают, что рост атмосферных температур не всегда производит более быстрые ветры. Вместо этого наблюдаемая закономерность говорит о том, что магнитное торможение становится более влиятельным по мере нагрева атмосферы и роста её электропроводности. Объединив спектроскопию высокого разрешения с атмосферными моделями, астрономы разработали метод оценки напряжённости магнитных полей по движению газа в далёких планетных атмосферах. Дальнейшие наблюдения и более детальные модели помогут проверить, насколько широко этот механизм действует среди гигантских экзопланет.

Вопрос, который остаётся: если магнитное торможение действительно замедляет ветры на самых горячих экзопланетах, то сколько ещё миров в Галактике обязаны своей атмосферной динамикой не только звёздному нагреву, но и невидимым магнитным полям — и не окажется ли, что именно они определяют, какие планеты пригодны для жизни, а какие нет?