Металлические облака и дожди из драгоценных камней. Ученые впервые изучили темную сторону загадочного горячего юпитера

Горячие юпитеры — это газовые планеты, которые обладают схожей с Юпитером массой, однако находятся намного ближе к своей звезде. Из-за этого планета нагревается до нескольких сотен или даже тысяч градусов по Цельсию.

Астрономам легче всего обнаруживать именно подобные планеты, поскольку они часто попадают в поле зрения телескопов благодаря близкой орбите и частому вращению вокруг своих звезд. Из почти 5000 экзопланет 300 являются горячими юпитерами, а потому их изучение является чрезвычайно ценным для лучшего понимания устройства Вселенной в целом и звездных систем в частности.

Впервые ученые обнаружили экзопланету WASP-121 b, расположенную в 880 световых годах от Земли, в 2015 году. С тех пор исследователи активно наблюдали за ней: «Такие планеты, как WASP-121 b, чрезвычайно интересно изучать — они очень отличаются от планет в нашей Солнечной системе, позволяя нам взглянуть, как они ведут себя в экстремальных условиях», — рассказывает Джоанна Бордстоу, исследовательница из Открытого университета в Великобритании.

WASP-121 b находится всего в 3,8 млн километров от свой звезды — это в 39 раз меньше расстояния между Землей и Солнцем. Причем планета находится в таком месте, где ее расположение заблокировано приливами, из-за чего она постоянно повернута к звезде лишь одной стороной — это похоже на то, как расположена Луна относительно Земли. Таким образом одна половина WASP-121 b постоянно накаляется до 2500−3000 °C, в то время как вторая ее часть является «ночной».

Это существенно усложняло наблюдения ученых за планетой. Экстремальные температуры «дневной» стороны делали ее чрезвычайно яркой — температура атмосферы «ночной» половины примерно в два раза ниже, что делает ее очень контрастной и сложной для изучения.

Такая разница температур привела к постоянной циркуляции воды, которая распадается на атомы водорода и кислорода на «дневной» стороне, после чего они подхватываются мощнейшими ветрами (около 5 километров в секунду), уносящими их на «ночную» часть планеты. Там атомы вновь собирались в водяной пар, который ветра постепенно переносили на «дневную» сторону, после чего весь процесс повторялся вновь и вновь.

Ученые не могли понять, каким образом водяной пар мог образовываться даже на ночной стороне, ведь температура там по-прежнему была слишком высокой для их формирования. Для решения этой загадки исследователям потребовалось два года пристальных наблюдений с помощью спектроскопической камеры орбитального телескопа Хаббл.

Оказалось, что такая судьба касается не только воды, но и металлов вроде железа, магния, хрома и ванадия. На дневной стороне они испаряются в верхние слои атмосферы, после чего на ночной стороне конденсируются в «металлические» облака. После того, как эти облака попадают обратно на дневную сторону, весь процесс повторяется сначала.

Ученые отмечают, что во время наблюдений не нашли следов алюминия и титана. Это они объясняют тем, что эти металлы выпадают в качестве осадков на ночной стороне экзопланеты. «Этот дождь не будет похож ни на один из известных в Солнечной системе», — пишут исследователи. По их словам, различные реакции металлов между собой приводят к тому, что на поверхность планеты буквально падают «жидкие драгоценные камни».

В дальнейшем команда планирует провести дополнительные исследования WASP-121 b с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Они уверены — улучшенная оптика мощнейшей обсерватории, которая будет работать на благо человечества уже начиная с этого лета, поможет им лучше понять эволюцию экзопланеты.

Кроме того, подобные наблюдения — это хорошая «тренировка» для ученых, которые совершенствуются в изучении тусклых объектов, которые находятся достаточно далеко от Земли. В будущем это наверняка сыграет свою роль в поиске других необычных и, возможно, даже обитаемых миров.