Астрономы впервые смогли детально восстановить трехмерную структуру атмосферы экзопланеты WASP-17b, раскаленного газового гиганта с необычайно низкой плотностью. С помощью космического телескопа James Webb ученые обнаружили участки, где атмосфера заметно расширяется, образуя выступы, напоминающие драгоценные камни на кольце. Результаты наблюдений подтвердили, что различия между дневной и ночной сторонами планеты соответствуют теоретическим прогнозам.

WASP-17b находится примерно в 1300 световых годах от Земли. Ее масса составляет около 80% массы Юпитера, но по ширине планета почти вдвое превосходит крупнейшую планету Солнечной системы. Из-за такой необычно низкой плотности ее относят к классу «сверхпухлых» экзопланет — по консистенции они напоминают воздушный зефир.

Планета расположена очень близко к своей звезде и совершает полный оборот вокруг нее менее чем за четыре земных дня. Из-за этого ее атмосфера испытывает экстремальный нагрев и демонстрирует сложную динамику.

Как ученые разглядели структуру атмосферы

Исследователи использовали данные телескопа James Webb и новый метод анализа под названием transmission strings. Он позволяет изучать атмосферу планеты во время ее прохождения перед звездой — транзита.

Когда свет звезды проходит через атмосферу WASP-17b, разные химические вещества поглощают определенные части спектра. Анализируя этот свет, ученые могут определять состав атмосферы и ее свойства. Новый метод позволяет оценивать расстояние от центра планеты до внешней границы атмосферы в разных точках по ее краю.

Раньше стандартные модели усредняли данные по всему видимому краю планеты, из-за чего локальные различия оставались скрытыми. Теперь исследователи смогли восстановить более подробную картину и увидеть, как форма атмосферы меняется в зависимости от направления.

«Вместо того чтобы считать атмосферу кругом с одинаковым радиусом по всему периметру, наш метод позволяет определять расстояние от центра до края планеты в разных местах», — объяснила Лили Олдерсон из Корнеллского университета.

По ее словам, ученые перешли от условного кольца к пониманию того, где именно на этом кольце находятся выступающие участки — те самые «драгоценные камни».

Почему атмосфера WASP-17b выглядит неоднородной

Планета приливно захвачена своей звездой: одна и та же ее сторона постоянно обращена к светилу. Дневная сторона непрерывно получает звездное излучение, тогда как ночная остается значительно холоднее.

Согласно моделям, разница температур должна влиять на циркуляцию атмосферы и ее форму. Наблюдения показали, что на WASP-17b горячие ветры достигают экватора и ночной стороны, где более холодная атмосфера расширяется. Именно в этой области возникает заметный выступ, напоминающий драгоценный камень.

Результаты также согласуются с прогнозом о существенной разнице температур между утренней и вечерней сторонами планеты. По словам Олдерсон, WASP-17b демонстрирует именно ту картину, которую ученые ожидали увидеть на основании теоретических расчетов.

Участник команды Ханна Уэйкфорд из Бристольского университета отметила, что особенно впечатляет возможность получить согласованную картину сложной динамики планеты, находящейся на расстоянии более тысячи световых лет.

Новый способ изучать тысячи далеких миров

Работа показывает, что атмосферы экзопланет нельзя всегда описывать как однородные оболочки с одинаковыми свойствами по всему периметру. Температура, химический состав и высота атмосферы могут заметно различаться в зависимости от участка планеты.

Это особенно важно для изучения горячих газовых гигантов, где интенсивное излучение звезды и мощные ветры создают сложные атмосферные процессы. Новый метод поможет проверять такие модели по наблюдениям, а не только по результатам компьютерных расчетов.

Исследование команды опубликовано в журнале Nature Astronomy 14 октября. Авторы рассматривают его как подтверждение работоспособности метода, который в перспективе можно применять для изучения других миров из каталога NASA, насчитывающего более 6000 экзопланет.

По словам Олдерсон, теперь ученые могут не просто рассчитывать, как должна вести себя трехмерная атмосфера далекой планеты, но и сопоставлять эти прогнозы с наблюдаемой картиной.