Чёрный Сатурн вторит ураганам чужого Юпитера

Практически одновременно две группы астрономов объявили о сенсациях из мира экстрасолнечных планет: впервые была составлена карта погоды такой планеты, а, кроме того, учёные открыли самую горячую планету из всех известных. В обоих случаях изученные миры подкинули теоретикам новые загадки.

И в составлении первой карты погоды, и в обнаружении сверхгорячей планеты отличился орбитальный инфракрасный телескоп Spitzer. Впрочем, его око уже не раз обращалось к весьма интересным объектам. Главный же ингредиент при приготовлении научной сенсации, очевидно, обработка исходных данных и интерпретация результатов.

 

 

К примеру, чтобы составить карту распределения температур по поверхности одного из экстрасолнечных миров, исследователям пришлось вычислить его тепловое излучение в четверти миллиона точек. Это стало возможным благодаря тому, что данная планета, обращаясь вокруг своей звезды по очень короткой орбите, поворачивается к Земле разными сторонами. Важно также, что орбита этой планеты видна нам почти с ребра, а сама планета обращена всегда одной стороной к своему солнцу — приливные силы давно "остановили" её.

Метод этот схож со способом, которым недавно исследователи измерили температуры на дневной и ночной стороне одной из горячих экстрасолнечных планет (Эпсилон Андромеды b). Только в той работе астрономы получили данные планеты всего в пяти точках её орбиты. Здесь же учёным пришлось проделать титаническую работу, разделив планету на дольки и составив компьютерную модель погоды с градациями по всем широтам и по долготе.

Горячие Юпитеры вращаются вокруг своих звёзд примерно по орбите Меркурия, а некоторые — в десять и более раз ближе к своим солнцам. Из более чем двух сотен известных экзопланет — 50 относятся к горячим Юпитерам (иллюстрация John Rowe Animation).

Итак, сенсация первая. Это планета HD 189733b, "прописанная" в созвездии Лисички — так называемый "горячий Юпитер", уже знакомый нам по одному из первых исследований атмосфер экзопланет. Расстояние до этого объекта — 60 световых лет, и эта массивная планета — одна из самых горячих, ведь период обращения её вокруг звезды (подобной Солнцу, кстати) составляет всего 2,2 дня. Масса её равна 1,15 масс Юпитера. HD 189733b живёт в 30 раз ближе к своей звезде, чем удалена Земля от нашего родного светила.

Ведущий автор этого исследования — Хизер Натсон (Heather Knutson) из Гарвард-Смистоновского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics). Вместе с коллегами из других научных учреждений она отрапортовала о своей работе в статье в журнале Nature.

Исследователи рассказали, что на тёмной стороне этого газового гиганта температура составляет (на большом удалении от дневной стороны) 650 градусов Цельсия, а на освещённой — доходит до 939 градусов. Причём астрономы открыли любопытный эффект: самая горячая точка планеты не совпадает с точкой поверхности, где родная звезда этого мира стоит в зените.

Самое тёплое место на HD 189733b смещено на 30 градусов к востоку от "полудня". Эта точка была обращена к наблюдателям за два часа до того момента, когда планета скрылась за диском своего солнца. А это смещение говорит о постоянно дующем с запада на восток урагане. Он и переносит тепловую энергию. Исследователи оценили его скорость в 9600 километров в час. Такая вот там погода.

Карта температур HD 189733b. Стрелкой показана долгота, обращённая точно на родительскую звезду. Периоды обращения вокруг солнца и вращения вокруг оси у этой планеты совпадают. Раскалённые ветры смещают район с самой горячей погодой на 40 тысяч километров от точки, обращённой на местное солнце (иллюстрация NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA).

Кстати, скорость ветра эта вовсе не рекордная. В одном из прежних исследований тройки горячих юпитеров фигурировало и куда большее значение. Но новое открытие имеет большое значение для планетарной науки. Стало ясно, что сверхзвуковые ветры — явление для горячих газовых гигантов обычное; и что такие потоки неплохо выравнивают температуру на дневной и ночной стороне планет, постоянно обращённых одним боком к своей звезде.

Не все горячие Юпитеры подчиняются этому правилу. У той же упомянутой Эпсилон Андромеды b конвективный перенос, напротив, очень слаб, а разница температур двух сторон — велика. Но тем интереснее будет в этом разбираться.

Стоит отметить, что для оценки скорости ветра авторам работы потребовалось составить модель атмосферы с учётом её химии. Пусть состав данной планеты ещё не известен, есть масса работ, позволяющих получить хорошее представление о начинке горячих Юпитеров (вот только три примера — 1, 2 и 3).

Ну а взаимное увязывание всех этих знаний, несомненно, поможет лучше понять и поведение ещё одного газового гиганта, обращающегося близко от своей звезды. Ведь он "позволяет себе" быть горячее, чем даже некоторые из звёзд малой массы.

2300 Кельвинов (плюс-минус 200), то есть 2027 по Цельсию — такова яркостная температура планеты HD 149026b, измеренная для длины волны 8 микрометров. Яркостная температура фактически указывает на температуру поверхности тела, тепловое излучение которого измеряется (если спектр излучения непрерывен), но ещё тут нужно учитывать оптическую непрозрачность данного тела.

	За счёт быстрого вращения планеты HD 189733b вокруг звезды астрономам удалось точно измерить уровень температур в разных точках её поверхности (иллюстрация NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA).

В общем, этот параметр нельзя считать температурой поверхности буквально (в предыдущем исследовании также учёные измеряли именно яркостную температуру на 8 микрометрах), но можно говорить об определённой идентичности, зависящей от ряда условий.

Так вот, мы как-то рассказывали об "очень горячем Юпитере" — экстрасолнечной планете Wasp-1b — с измеренной температурой в 1800 градусов Цельсия. И даже у удивительной планеты с годом, равным 10,5 часам, температура, исходя из близости к звезде, была оценена (но не измерена) в 1700 градусов по Цельсию. Но тут, похоже, мы имеем дело с чем-то весьма необычным.

Об изучении HD 149026b ведущий автор этой работы — Джозеф Харрингтон (Joseph Harrington) из университета Центральной Флориды (University of Central Florida) и его коллеги из других университетов отчитались в статье в Nature.

Так же, как и в предыдущем случае, яркость планеты удалось посчитать благодаря её обращению вокруг родительской звезды.

Авторы этого исследования подчёркивают, что предыдущие примеры измерений температур экстрасолнечных планет показывали данные, согласующиеся с моделями. То есть, вычисление температуры, учитывающее параметры звезды, расстояние от неё до планеты и альбедо примерно в 0,3 (у Юпитера и Сатурна оно равно примерно 0,5-0,6) давало примерно тот же результат, что и наблюдения.

У HD 149026b же, по всей видимости, альбедо намного-намного ниже. Астрономы полагают, что оно ниже, чем у любой известной планеты.

Эту массивную планету, удалённую от нас на 279 световых лет и расположенную в созвездии Геркулеса, астрономы изучали и ранее. По размерам она сопоставима с Сатурном, а её масса, по некоторым данным, оценена примерно в 115 масс Земли; причём доля, приходящаяся на ядро, весьма велика — его масса составляет 70-90 масс Земли (и это — ещё одна странность). Её год равен 2,9 суток. Эта планета — самая маленькая и плотная из тех, что для земного наблюдателя проходят по диску своих звёзд.

Итак, перед нами "чёрный Сатурн"? Или что-то ещё более загадочное?

Ещё известно, что эта планета обогащена тяжёлыми элементами. Логично, что как одно из возможных объяснений разогрева этого мира авторы называют "источник тепла, помимо излучения звезды". Жаль только заглянуть в ядро горячего гиганта, мягко говоря, затруднительно. Возможно также, что особенности в элементном составе привели и к появлению неких необычных свойств атмосферы.

Да, эта планета стала для астрономов настоящей загадкой, а отгадка, вероятно, заметно обогатит наши знания о Вселенной.

Стоит добавить, что на ночной стороне "чёрного Сатурна", как предполагают астрономы, значительно холоднее, чем на дневной, а значит – тут также возможны интересные погодные эффекты. Но это уже – задача для следующих исследований.

Главное же удивление вызывает вот что: модель мгновенного переизлучения энергии, полученной от звезды абсолютно чёрным телом, идентичным по размерам данной планете, показывает сопоставимые величины с фактически наблюдаемым излучением. То есть вычисленный астрономами собственный тепловой блеск HD 149026b, вернее — почти весь её блеск, фактически и есть тепловое излучение данной планеты, а не отражение блеска её солнца.

Для газовых гигантов, вообще-то, планет довольно "светлых" – такое положение вещей кажется немыслимым. Однако ж.

Статья получена: Membrana.ru