Ученые из Корнелльского университета выдвинули гипотезу, что на далекой экзопланете WASP-17b могут возникать световые явления, подобные земным «солнечным псам» — ярким пятнам и гало вокруг звезды. Согласно исследованию, опубликованному 21 июля в журнале The Astrophysical Journal Letters, эти оптические эффекты могут быть вызваны кристаллами кварца, выровненными мощными ветрами в атмосфере планеты.
Планета WASP-17b, обнаруженная в 2009 году, находится на расстоянии около 1300 световых лет от Земли. Она относится к классу газовых гигантов, известных как «горячие Юпитеры», поскольку вращается очень близко к своей звезде. Из-за этой близости атмосфера WASP-17b раскалена до экстремальных температур, а скорость ураганных ветров в ней достигает 16 000 километров в час.
Механизм возникновения этих явлений на WASP-17b отличается от земного. На Земле «солнечные псы», световые столбы и радужные гало образуются, когда солнечный свет преломляется в шестиугольных кристаллах льда, взвешенных в атмосфере. На WASP-17b, как предполагают исследователи, ту же роль выполняют мельчайшие кристаллы кварца — того же минерала, из которого состоят песок и драгоценные камни.
Эти кристаллы, размер которых настолько мал, что около 10 000 частиц могут уместиться по ширине человеческого волоса, взвешены в верхних слоях атмосферы планеты. Мощнейшие ветры, дующие на WASP-17b, способны механически выравнивать эти кристаллы в одном направлении. Выстроившись в определенном порядке, они начинают преломлять и рассеивать свет родительской звезды, создавая световые эффекты, которые можно было бы наблюдать, если бы существовала возможность прямого изображения планеты.
В основе гипотезы лежит принцип «механического выравнивания», когда аэродинамические силы заставляют частицы ориентироваться определенным образом в потоке газа. Эту концепцию впервые предложил в 1952 году астроном из Корнелла Томми Голд для объяснения того, как частицы межзвездной пыли могут выравниваться в газовых потоках. Хотя для космической пыли эта теория была заменена более новыми, авторы исследования Элайджа Малленс и Николь Льюис утверждают, что она может быть применима в экстремальных атмосферных условиях экзопланет.
Ключевую роль в исследовании сыграл космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST). Хотя телескоп не может напрямую сфотографировать эти световые шоу из-за огромного расстояния, он способен анализировать свет, проходящий через атмосферу планеты. Именно с помощью JWST в 2023 году команда, в которую входили Льюис и Малленс, обнаружила неожиданные признаки нанокристаллов кварца в высотных облаках WASP-17b.
Эта находка послужила толчком для нового исследования. Ученые создали подробные модели, чтобы смоделировать, как различные кристаллы (кварц, энстатит и форстерит) будут отражать или пропускать свет в зависимости от их ориентации. Моделирование показало, что даже незначительные изменения в ориентации частиц приводят к заметным изменениям в световых сигналах, которые способен уловить телескоп «Джеймс Уэбб».
Исследование этих явлений будет продолжено. Элайджа Малленс, аспирант кафедры астрономии и космических наук Корнелльского университета, возглавляет новую программу наблюдений с помощью JWST, которая была одобрена и запланирована на предстоящий год. Цель программы — дальнейшее изучение выравнивания частиц в атмосфере WASP-17b.
По словам Малленса, эти атмосферные эффекты не просто «красивы». Они «богаты информацией», которая может многое рассказать ученым о том, как кристаллы взаимодействуют с атмосферой в чужих мирах. Соавтором исследования выступила Николь Льюис, доцент кафедры астрономии в Корнелльском университете.
Изображение носит иллюстративный характер
Планета WASP-17b, обнаруженная в 2009 году, находится на расстоянии около 1300 световых лет от Земли. Она относится к классу газовых гигантов, известных как «горячие Юпитеры», поскольку вращается очень близко к своей звезде. Из-за этой близости атмосфера WASP-17b раскалена до экстремальных температур, а скорость ураганных ветров в ней достигает 16 000 километров в час.
Механизм возникновения этих явлений на WASP-17b отличается от земного. На Земле «солнечные псы», световые столбы и радужные гало образуются, когда солнечный свет преломляется в шестиугольных кристаллах льда, взвешенных в атмосфере. На WASP-17b, как предполагают исследователи, ту же роль выполняют мельчайшие кристаллы кварца — того же минерала, из которого состоят песок и драгоценные камни.
Эти кристаллы, размер которых настолько мал, что около 10 000 частиц могут уместиться по ширине человеческого волоса, взвешены в верхних слоях атмосферы планеты. Мощнейшие ветры, дующие на WASP-17b, способны механически выравнивать эти кристаллы в одном направлении. Выстроившись в определенном порядке, они начинают преломлять и рассеивать свет родительской звезды, создавая световые эффекты, которые можно было бы наблюдать, если бы существовала возможность прямого изображения планеты.
В основе гипотезы лежит принцип «механического выравнивания», когда аэродинамические силы заставляют частицы ориентироваться определенным образом в потоке газа. Эту концепцию впервые предложил в 1952 году астроном из Корнелла Томми Голд для объяснения того, как частицы межзвездной пыли могут выравниваться в газовых потоках. Хотя для космической пыли эта теория была заменена более новыми, авторы исследования Элайджа Малленс и Николь Льюис утверждают, что она может быть применима в экстремальных атмосферных условиях экзопланет.
Ключевую роль в исследовании сыграл космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST). Хотя телескоп не может напрямую сфотографировать эти световые шоу из-за огромного расстояния, он способен анализировать свет, проходящий через атмосферу планеты. Именно с помощью JWST в 2023 году команда, в которую входили Льюис и Малленс, обнаружила неожиданные признаки нанокристаллов кварца в высотных облаках WASP-17b.
Эта находка послужила толчком для нового исследования. Ученые создали подробные модели, чтобы смоделировать, как различные кристаллы (кварц, энстатит и форстерит) будут отражать или пропускать свет в зависимости от их ориентации. Моделирование показало, что даже незначительные изменения в ориентации частиц приводят к заметным изменениям в световых сигналах, которые способен уловить телескоп «Джеймс Уэбб».
Исследование этих явлений будет продолжено. Элайджа Малленс, аспирант кафедры астрономии и космических наук Корнелльского университета, возглавляет новую программу наблюдений с помощью JWST, которая была одобрена и запланирована на предстоящий год. Цель программы — дальнейшее изучение выравнивания частиц в атмосфере WASP-17b.
По словам Малленса, эти атмосферные эффекты не просто «красивы». Они «богаты информацией», которая может многое рассказать ученым о том, как кристаллы взаимодействуют с атмосферой в чужих мирах. Соавтором исследования выступила Николь Льюис, доцент кафедры астрономии в Корнелльском университете.
