Исследователи разработали способ проверки погоды на экзопланете

Фото из открытых источников

Используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), международная группа исследователей расшифровала погодные условия на далёкой экзопланете. Целью исследования была SIMP J0136+09 (или SIMP 0136), хорошо изученный коричневый карлик, расположенный примерно в 20 световых годах от Земли в созвездии Рыб. В качестве метода они использовали анализ главных компонентов (PCA), статистический метод, который упрощает сложные данные, сохраняя переменные, изменяющиеся одновременно, и отбрасывая остальные.

Результаты показали, что погодные условия на SIMP 0136 определяются двумя доминирующими процессами: изменениями температуры и вертикальной структурой облаков. Исследование проводилось в рамках программы JWST General Observer Program 3548, в рамках которой были выполнены наблюдения временных рядов (TSO) и спектроскопия низкого разрешения SIMP 0136 с использованием ближнеинфракрасного спектрографа Webb (NIRSpec) и среднеинфракрасного прибора (MIRI). Результаты описаны в статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics.

Как и все коричневые карлики, SIMP 0136 больше и горячее газового гиганта, но недостаточно массивен, чтобы коллапсировать в звезду. Его атмосфера состоит из быстро меняющихся облачных систем размером с планету, которые постоянно изменяют то, что видят астрономы. Несмотря на свой внешний вид, планета ведет себя удивительно организованно. Благодаря чрезвычайной чувствительности инструментов телескопа JWST, данные выявили мельчайшие изменения яркости по мере вращения планеты, связанные с изменением погодных условий.

Вместо сложного моделирования атмосферы, метод главных компонент (PCA) позволил команде отличить значительные изменения яркости от более мелких флуктуаций и случайного «шума». Этот метод помог команде выявить ключевые процессы в данных, показав атмосферу, наблюдаемые изменения которой можно объяснить тремя повторяющимися погодными явлениями: образованием более горячих областей с более тонкими облаками и более холодных областей с более толстыми, вертикально вытянутыми облаками. 

«В относительном смысле, SIMP 0136 — один из самых простых коричневых карликов для получения высококачественных данных. Эти данные уже изучались ранее с помощью устоявшихся методов, что позволяет нам сравнить некоторые результаты, полученные с помощью этой новой методики, с тем, что мы уже знаем об этом объекте. Эта методика также помогла нам лучше понять, что влияет на погоду на этом далеком мире и как эти погодные явления взаимодействуют и сосуществуют, но, возможно, еще более важно то, что она показывает, как этот подход можно усовершенствовать и применить к другим, менее известным коричневым карликам в разных частях космоса», - объясняет ведущий автор исследования Мерл Шрадер из Тринити-колледжа в Дублине.

Изучение погоды на экзопланетах, таких как SIMP 0136, открывает возможности для исследования физики атмосфер гигантских планет. В отличие от других типов планет, астрономы могут напрямую получать изображения коричневых карликов, что дает им шанс проверить гипотезы о формировании облаков, циркуляции атмосферы и переносе тепла в экстремальных условиях. Способность команды различать детальные закономерности погоды на далекой планете свидетельствует о мощных инструментах телескопа JWST и о том, насколько далеко продвинулась эта область исследований.

«Наши результаты изменят подход астрономов к анализу будущих наблюдений JWST. Поскольку наш подход быстро определяет доминирующие компоненты атмосферы, он предлагает эффективный первый шаг перед началом ресурсоемкого моделирования», — сказала соавтор исследования профессор Йоханна Вос из Тринити-колледжа. «Применение этой методики к широкому спектру коричневых карликов и гигантских экзопланет поможет нам лучше понять разнообразные погодные системы, формирующие миры далеко за пределами нашей Солнечной системы».

Одна из главных задач телескопа JWST — наблюдение за светом, отраженным от экзопланет, и получение спектров, раскрывающих химический состав их атмосфер. Это важный шаг на пути к определению возможности существования жизни на экзопланете. Когда космический телескоп Нэнси Грейс Роман начнет работу в ближайшие недели, астрономы рассчитывают получить прямые изображения меньших экзопланет, вращающихся ближе к своим звездам, где, вероятно, можно обнаружить каменистые планеты, похожие на Землю.