Астрономы всего мира используют расширенные возможности прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI) на борту космического телескопа Джеймса Уэбба для проведения революционных наблюдений экзопланет вращающихся вокруг звезд, отличных от нашего Солнца. Одним из таких удивительных миров является WASP-107b, чье светило немного холоднее и менее массивно, чем наше. Масса планеты аналогична Нептуну, но ее размеры значительно больше, почти как у Юпитера. Эта характеристика делает WASP-107b довольно рыхлой по сравнению с газовыми планетами-гигантами в нашей Солнечной системе. Это позволяет астрономам заглянуть в ее атмосферу примерно в 50 раз глубже по сравнению с тем, чего можно достигнуть, в случае с таким гигантом, как Юпитер. Причина этого довольно проста: сигналы или спектральные особенности гораздо более заметны в менее плотной атмосфере.

Команда европейских астрономов в полной мере воспользовалась рыхлостью экзопланеты, что дало возможность изучить сложный химический состав ее атмосферы. Их недавнее исследование показывает наличие водяного пара, диоксида серы (SO2) и силикатных облаков, но, никаких следов парникового газа метана (CH4).

Динамичная атмосфера

Эти открытия дают решающее понимание динамики и химии любопытной экзопланеты. Во-первых, отсутствие метана намекает на потенциально теплые недра, предлагая заманчивый взгляд на движение тепловой энергии в атмосфере. Во-вторых, большим сюрпризом стало открытие диоксида серы (известного по запаху сгоревших спичек). Предыдущие модели предсказывали его отсутствие, но теперь оказалось, что сама рыхлость атмосферы WASP-107b способствует образованию этого вещества. Несмотря на то, что родительская звезда экзопланеты излучает относительно небольшую долю фотонов высокой энергии. Они могут проникать глубоко в атмосферу планеты благодаря ее рыхлости. Это позволяет протекать химическим реакциям, необходимым для производства диоксида серы.

Ученые также заметили, что спектральные характеристики диоксида серы и водяного пара значительно уменьшаются по сравнению с тем, какими они были бы в "безоблачном" сценарии. Иными словами, высотные облака частично закрывают собой водяной пар и диоксид серы в атмосфере. Хотя они были обнаружены и на других экзопланетах, это первый случай, когда астрономы могут окончательно определить химический состав этих облаков. В этом случае облака состоят из мелких силикатных частиц — знакомого человеку вещества, встречающегося во многих частях мира в качестве основного компонента песка.

"Джеймс Уэбб совершает революцию в описании характеристик экзопланет, предоставляя беспрецедентную информацию с поразительной скоростью, — говорит ведущий автор профессор Лин Дечин из Левенского университета. —- Открытие облаков песка, воды и диоксида серы на этой рыхлой экзопланете инструментом MIRI является важной вехой. Оно меняет наше понимание формирования и эволюции планет, проливая новый свет на Солнечную систему".

В отличие от земной атмосферы, где вода при низких температурах превращается в лед, на газообразных планетах, температура которых достигает около 1000 градусов по Цельсию, силикатные частицы могут вымерзать, образуя облака. Однако в случае WASP-107b, с температурой около 500 градусов, традиционные модели предсказывали, что эти силикатные облака должны формироваться глубже в атмосфере, где существенно горячее.

По словам ведущего автора Мишеля Мина: "Тот факт, что мы видим эти песчаные облака высоко в атмосфере, должен означать, что капли песчаного дождя испаряются в более глубоких и очень горячих слоях. Образующиеся в результате пары перемещаются обратно вверх, где они снова конденсируются, образуя силикатные облака. Это очень похоже на цикл водяного пара и облаков на нашей Земле, но с каплями, состоящими из песка". 

Этот непрерывный цикл сублимации и конденсации посредством вертикального переноса ответственен за постоянное присутствие частиц силиката в атмосфере WASP-107b.

Новаторское исследование не только проливает свет на экзотический мир экзопланеты, но и расширяет границы нашего понимания их атмосфер. Это знаменует собой важную веху, раскрывая сложное взаимодействие химических веществ и климатических условий на этих далеких мирах.

"Уэбб позволяет получить глубокую характеристику атмосферы экзопланеты, которая не имеет аналогов в нашей Солнечной системе. Мы открываем новые миры!" — говорит ведущий автор Акрена Дайрек из Университета Париж-Сакле.

Исследование, опубликовано в журнале Nature.