Наблюдение экзопланет —  то есть находящихся за пределами нашей Солнечной системы — является сложной задачей. Проблемы возникают не только из-за их удаленности от Земли, но и из-за того, что они в основном вращаются вокруг звезд, которые намного больше и ярче этих планет. Это означает, что астрономам, которым удалось наблюдать экзопланету с помощью такого сложного телескопа, как Хаббл, обычно приходится объединять все свои данные, чтобы получить достаточно информации и сделать уверенные выводы о свойствах предмета изучения. 

Так астрономы могут, например, построить усредненную картину атмосферы, но это не скажет им, меняется ли она. Другими словами, они не могут изучать погоду в других мирах, используя этот метод усреднения. Для этого требуется гораздо больше данных высокого качества, полученных за более длительный период времени. К счастью, Хаббл уже сейчас активен настолько долго, что существует обширный архив, иногда с несколькими наборами наблюдений одного и того же небесного объекта, включая экзопланету WASP-121 b.

Эта экзопланета, также известная как Тилос, представляет собой хорошо изученный мир класса горячий Юпитер. WASP-121 b вращается вокруг звезды, расположенной примерно в 880 световых годах от Земли, совершая полный оборот за очень короткий 30-часовой период. Чрезвычайная близость экзопланеты к родительской звезде означает, что она синхронизирована со своей звездой (то есть всегда повернута к ней одной и той же стороной), а обращенное к светилу полушарие намного горячее, с температурой, превышающей 3000 градусов Кельвина. 

Команда астрономов объединила четыре набора данных WASP-121 b, собранных с помощью широкоугольной камеры Хаббла. В их число входили наблюдения: экзопланеты, проходящей перед своей звездой (сделано в июне 2016); экзопланеты проходящей за своей звездой, или вторичное затмение (снято в ноябре 2016); и две фазовые кривые, снятые в марте 2018 и феврале 2019, соответственно). 

Далее ученые выбрали уникальный подход, обработав каждый набор данных одинаковым образом, даже если ранее это делала другая команда. Это позволило напрямую сравнивать обработанные данные друг с другом.

"Наш набор данных отражает значительный объем времени наблюдений за одной планетой, — уточняет один из главных исследователей группы, Квентин Чангат, научный сотрудник ЕКА в Научном институте космического телескопа. — В настоящее время он является единственной последовательной коллекцией таких повторяющихся наблюдений. Информация, которую мы извлекли, была использована для составления характеристики (выводов о химическом составе, температуре и облаках) атмосферы WASP-121 b в разное время".

После очистки каждого набора данных команда обнаружила явные доказательства того, что наблюдения WASP-121 b менялись во времени. Хотя инструментальные эффекты могли остаться, цифры показали очевидный сдвиг в горячей точке экзопланеты и различия в спектральных характеристиках (которые обозначают химический состав атмосферы экзопланеты), указывающие на изменение атмосферы. 

Затем команда использовала сложнейшие вычислительные модели, чтобы попытаться понять наблюдаемые процессы. Модели показали, что их результаты можно объяснить квазипериодическими погодными условиями, в частности массивными циклонами. Они создаются и уничтожаются в результате огромной разницы температур между обращенной к звезде и темной сторонами экзопланеты. Этот результат представляет собой значительный шаг вперед в наблюдении погодных условий далеких миров.

"Высокое разрешение наших симуляций атмосферы экзопланет позволяет нам точно моделировать погоду на сверхгорячих планетах, таких как WASP-121 b, — объясняет научный сотрудник Калифорнийского технологического института и соруководитель этого исследования Джек Скиннер. — Здесь мы делаем значительный шаг вперед, объединяя ограничения наблюдений с моделированием атмосферы, чтобы понять изменяющуюся погоду на этих планетах".

По словам Чангата, долгосрочная стабильность климата и погоды, вероятно, является основной причиной возникновения жизни на Земле. Будущие наблюдения с помощью "Хаббла" и других мощных телескопов, включая "Уэбб", дадут более глубокое понимание погодных условий на далеких мирах. В конечном итоге ученым, возможно, удастся найти экзопланеты со стабильными долгосрочным климатом и погодными условиями.