Солнцезащитный снег на горячем юпитере

На одной из планет системы Kepler-13 идёт снег из хлопьев оксида титана – правда, только на ночной стороне планеты.

Маленькая буква в слове «юпитеры» – не опечатка: так называют целый класс планет – газовых гигантов за пределами Солнечной системы. Они сравнимы по размеру с нашим Юпитером, но находятся значительно ближе к своим звёздам. Обычно год на таких планетах длится меньше десяти дней. Они добавляют периодическую составляющую к движению своей звезды, либо заставляют её «мелькать», проходя между нею и телескопом, благодаря чему их и обнаруживают. Горячие юпитеры составляют значительную долю среди известных нам экзопланет, поскольку из-за их размеров и близости к их звездам подобные астрономические эффекты особенно заметны.

Один из таких юпитеров под названием Kepler-13Ab принадлежит к системе Кеплер-13А, которая находится на расстоянии около 1730 световых лет от Земли. На иллюстрации показано, как он вращается вокруг своего солнца, кроме него также изображены бинарный компаньон Кеплер-13В и оранжевая карликовая звезда Кеплер-13С, которые тоже входят в состав этой многозвёздной системы.

Масса Kepler-13Ab в шесть раз больше, чем у Юпитера. На второй иллюстрации показан сравнительный «парад планет», который позволяет оценить размеры гиганта. За счёт приливной силы он всегда повёрнут к своему солнцу одной и той же стороной, тогда как другая находится в вечной тени, как в случае Луны и Земли. Благодаря близости к звезде, температура дневной стороны планеты составляет 2760 °С.

Астрономы обратили внимание на Kepler-13Ab, потому что атмосфера планеты становится холоднее по мере удаления от поверхности. Нам кажется это естественным, но это естественно на Земле, а на горячих юпитерах более высокие слои атмосферы обычно более горячие, чем нижние. Исследователи из NASA предположили, что все дело в оксиде титана (TiO), точнее, в его отсутствии на дневной стороне. Оксид титана – обычный компонент атмосферы таких планет, он активно поглощает солнечный свет, тем самым увеличивая температуру атмосферы за счёт переизлучения. Но на он, вероятно, просто пропал с его дневной стороны.

Как могло произойти, что на Kepler-13Ab оксид титана пропал с дневной стороны? Скорее всего, TiO в газовой форме собирается в облака, и сильные ветра сдувают их на ночную сторону планеты, которая намного холоднее. Из-за перепада температур внутри облаков образуются кристаллы, схожие с хлопьями снега на Земле; благодаря сильной гравитации «снег» выпадает на более низкие слои атмосферы и остаётся там в «ловушке». Таким образом солнечная часть планеты оказывается без солнцезащитного газа, и высокие слои атмосферы остаются холодными.

Этот эффект удалось обнаружить с помощью данных с одной из камер космического телескопа «Хаббл» в инфракрасном диапазоне, собранных во время так называемого вторичного затмения, когда планета заходит за свою звезду. Во время такого затмения можно получить данные о температуре составляющих атмосферы дневной стороны планеты.

Полученные результаты (опубликованные в The Astronomical Journal) подтверждают более раннюю теорию о том, что такие осадки возможны на горячих планетах с сильной гравитацией, которые всегда повёрнуты к своему солнцу одной стороной. Скорее всего подобные атмосферные явления происходят и на других горячих юпитерах. Разница в том, что гравитация на их поверхности слабее, поэтому оксидо-титановый «снег» опускается недостаточно низко, и его сдувает обратно на горячую дневную сторону, где он снова испаряется.

 «Изучение атмосферы горячих юпитеров даёт нам инструменты для более детального представления о том, что происходит в атмосферах планет, схожих по размеру с Землёй. У нас до сих пор нет полного понимания о климате планет за пределами Солнечной системы. За погодой на землеподобных планетах намного сложнее наблюдать, потому что они намного меньше, и атмосферные явления на них намного сложнее. Поэтому большие и сравнительно простые для наблюдения горячие юпитеры – очень ценный источник информации», – говорит Томас Битти (Thomas Beatty) из Университета штата Пенсильвания, научный руководитель группы астрофизиков, которые совершили открытие.

Явления подобного рода позволяют нам лучше разобраться в тонкостях погодных условий и состава атмосферы экзопланет. Возможно, эти сведения пригодятся и для того, чтобы оценить, может ли существовать жизнь на тех или иных землеподобных экзопланетах.