Первое в мире трехмерное изображение атмосферы чужой планеты с помощью телескопа JWST
Впервые в истории астрономы создали трехмерную карту атмосферы далекой планеты, используя данные Телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и инновационную методику, известную как картирование затмений. Этот прорыв не только открывает новые горизонты в исследовании экзопланет, но и даёт возможность понять внутреннюю структуру и климатические условия планет за пределами нашей солнечной системы. В данном материале рассмотрим подробности этой уникальной работы, её значение и будущее применения таких технологий в астрономии.
Что такое картирование затмений и как оно работает?
Картирование затмений — это техника, позволяющая изучать атмосферу планеты, которая находится за пределами прямого зрения. В отличие от классических методов наблюдения, при которых планету невозможно увидеть полностью из-за яркости её звезды-хозяина, эта методика использует особенности изменения яркости системы во время прохождения планеты за или перед звездой. Эффект затмения позволяет определять температурные и структурные параметры атмосферы на разных глубинах и участках.
«Использование метода картирования затмений позволяет нам получать изображение планеты за пределами возможностей прямого наблюдения, что особенно важно при изучении экзопланет со звёздами, которые слишком ярки для традиционных методов.»
Сама техника базируется на точных измерениях изменения светового потока, проходящего через атмосферу планеты, при её затмении звездой или, наоборот, при её появлении из-за звезды. Каждое изменение — это подсказка о том, какая температура и какая структура скрыта за слоями атмосферы.
Модель исследуемой планеты — WASP-18b
Экзопланета WASP-18b — это газовый гигант, масса которого примерно в 10 раз превышает массу Юпитера. Её орбитальный период настолько короткий — всего 23 часа — что она практически «подвешена» в гравитационном поле своей звезды. Планета полностью синхронизирована с орбитой — одна её сторона постоянно обращена к звезде, создавая уникальные климатические условия.
ВАЖНО: именно из-за этого факт наличия в атмосфере различных температурных зон стал особенно интересным для учёных. На дневной стороне горячие участки достигают температуры в 3000 °C, тогда как тёмная сторона остаётся значительно холоднее, что приводит к сложной динамике атмосферы.
Преимущества и сложности метода
Использование JWST в сочетании с техниками картирования затмений позволяет получать данные о структуре атмосферы в трехмерном формате. Это значительно расширяет возможности по сравнению с двумя измерениями температурных карт, ранее полученными на основе анализа спектров. Для этого учёные собирали данные на разных длинах волн, проходящих через различные слои атмосферы.
- Многоволновой анализ: позволяет выявлять слоистую структуру и выявлять наличие различных химических соединений.
- Детализация: достигается за счёт использования нескольких наблюдений с разными длинами волн, что позволяет моделировать температуру и влажность на разных глубинах.
- Высокое разрешение: благодаря чувствительности JWST учёные смогли зафиксировать даже мелкие изменения температуры, что раньше было недостижимо.
Несмотря на преимущества, метод сопряжён с серьёзными техническими вызовами. Столкнувшись с необходимостью точного измерения потерь яркости на очень тонких участках и в небольших временных интервалах, учёные вынуждены использовать сложное моделирование и диапазон спектров, что требует высокой квалификации и точных алгоритмов обработки данных.
Детальные результаты и интерпретация данных
На основе собранных данных астрономы создали трехмерную модель атмосферы WASP-18b. Среди ключевых находок — наличие двух ярко выраженных температурных зон на дневной стороне планеты:
- Центральный «горячий» участок: по сути, круглый «горячий точечный» регион, находящийся в зоне, наиболее получающей солнечный свет. Температура в нём достигает 3000 °C, что подтверждает гипотезу о сильных потоках энергии.
- Холодный кольцевой пояс: окружающий горячий участок, температура которого значительно ниже и равна примерно 2000 °C, что свидетельствует о неполной циркуляции тепла через атмосферные ветра.
«Наличие холодного кольца указывает на то, что атмосферные ветры не способны равномерно распределить тепло, что вызывает появление устойчивых температурных границ», — объясняет один из ведущих исследователей.
Интересным открытием стало обнаружение меньшего количества воды в горячем регионе. Исследователи предполагают, что при температуре около 3000 °C водяные молекулы распадаются на составляющие — водород и кислород, что подтверждает теоретические модели о разрушении воды в экстремальных условиях.
Перспективы и значение для астрономии
Этот прорыв открывает новую эру в изучении экзопланет. Возможность получения трехмерных карт атмосферы позволит астрономам понять не только климатические условия далёких планет, но и процесс формирования и эволюции планетных систем в целом. В будущем исследования планируют расширить на планеты с более умеренными условиями, включая те, что потенциально могут иметь обитательную среду.
По мнению специалистов, подобные методики можно будет применять к множеству других объектов — от горячих юпитеров до более сложных землеподобных планет — что даст возможность сравнивать атмосферы и строить полноценные модели их климатических систем.
Что дальше?
Уже запланированы новые наблюдения с использованием JWST, которые помогут увеличить разрешение карт и определить наличие облаков, пылевых и газовых структур на разных уровнях атмосферы. Кроме того, учёные надеются применить эти технологии для изучения экзопланет, находящихся ближе к Земле и потенциально пригодных для жизни.
Таким образом, техника трехмерного картирования атмосферы с помощью телескопа Джеймса Уэбба — это лишь первый шаг к разгадке загадок далёких миров, расширяющих границы нашего понимания Вселенной.
