На відстані 7,5 світлових років від нас є коричневий карлик WISE 0855. Нещодавно науковці дізналися, що в атмосфері цієї «недозорі» активно рухаються хмари водяної пари. Виявити їх допоміг космічний телескоп James Webb.
Два ефекти в атмосфері WISE 0855
Світ розміром з Юпітер, розташований всього за 7,5 світлових років, є хмарним, хімічно складним і, як виявилось, більше схожим на нашу рідну планету, ніж хтось очікував. Використовуючи космічний телескоп James Webb, команда науковців провела 11 годин, спостерігаючи за WISE 0855, найхолоднішим відомим коричневим карликом, збираючи спектр його світла кожні 15 хвилин. Результат — це найдетальніший серійний портрет часу цього холодного світу, який коли-небудь був зроблений, і перше пряме підтвердження того, що водяні хмари на іншому тілі змінюють свою товщину з плином часу, так само як погода на Землі. Про це розповідає сайт phys.org.
Дослідження показує, що атмосфера WISE 0855 формується щонайменше двома різними процесами, які відбуваються одночасно: водяні хмари на великій висоті, що стають товщими та тоншими в міру обертання об’єкта, і глибокі хімічні гази, які підіймаються вгору конвекцією з великої глибини. Розплутування цих двох сигналів — раніше неможливе зі старими телескопами — і робить дані James Webb такими потужними.
«Це вперше, коли нам вдалося підтвердити, що водяні хмари стають тоншими та густішими на сусідньому світі», — сказала Бріттані Майлз, аспірантка-дослідниця з обсерваторії Стюард і керівниця команди. — До появи телескопа James Webb ми мали лише фотометричні дані, які змішували ефекти хмар, хімії та температури разом. Тепер ми можемо їх реально розрізняти».
James Webb читає атмосферу коричневого карлика
Тому вони тьмяно світяться завдяки теплу, що залишилося після їхнього формування. WISE 0855 із температурою близько 265 К (−8 °C) — холодніший за земну поверхню — перебуває на нижній межі температурного діапазону коричневих карликів, ще більше розмиваючи межу між ними та планетами. За масою він приблизно вдвічі перевершує Юпітер, а за розміром майже дорівнює йому. За багатьма ознаками WISE 0855 нагадує газового гіганта, який не обертається навколо зорі.
Щоб зрозуміти його атмосферу, потрібно дивитися на світ так, як це описує співавтор Марк Марлі, директор і керівник відділу Лабораторії місячних та планетарних досліджень в Університеті Аризони, називаючи це свого роду «сіткою на дверях». «Сітка» фільтрує частину світла, і ми дізнаємося про світ по обидва її боки. Проте нам також треба зрозуміти й саму «сітку».
Магазин від Universe Space Tech
Шкарпетки Космічна Капібара – Велика Капі
До товаруУ цьому випадку екран постійно змінюється. Коли WISE 0855 обертається, різні ділянки його поверхні потрапляють у поле зору, кожна з яких має трохи іншу хмарність і температуру — ніби спостерігаєш повільно обертальний клаптиковий килимок із тепліших і холодніших регіонів.
Середньороздільний спектрограф телескопа James Webb був достатньо чутливим, щоб відстежувати ці відмінності в окремих молекулярних особливостях — чого жодна інша обсерваторія раніше не могла досягти для настільки холодного об’єкта.
Конвекція підіймає глибинні гази на Юпітері
Окрім змінних температур, які варіювались разом з обертанням коричневого карлика, спектрограф також зафіксував ритмічний, хвилеподібний сигнал, пов’язаний із конкретними газами: оксидом вуглецю та фосфіном. Ці хімічні речовини переміщуються в атмосфері, оскільки тепло з надр коричневого карлика постійно підіймає їх до верхніх шарів. Подібний процес відбувається в каструлі з гарячим супом, де тепліша рідина підіймається знизу вгору.
Такий хімічний сигнал добре знайомий планетарним вченим. На Юпітері конвекційне змішування підіймає гази з глибоких, гарячих шарів у видиму атмосферу. Той самий процес, який називають хімією поза рівновагою, раніше спостерігався у коричневих карликів, але спостерігати його в реальному часі, молекула за молекулою, це нова можливість.
«Ми бачимо, як водяні хмари то товстішають, то стоншуються, а глибокі гази підіймаються й опускаються, і ми можемо фактично спостерігати за їхньою зміною в реальному часі», — сказала Майлз.
Погода, схожа на планетарну, на далеких світах
Майлз наголошує, що головна цінність цього відкриття — не лише в тому, що воно розповідає про WISE 0855, а й у тому, що допомагає зрозуміти планетарні атмосфери загалом. Основна фізика конвекції, хмар і хімії, яка керує Юпітером, також керує цим холодним світом, що вільно мандрує більш ніж за сім світлових років. Якщо ця фізика універсальна, вона застосовується і до газових гігантських екзопланет, які астрономи зараз починають серйозно вивчати з допомогою телескопа James Webb.
«Хоча коричневі карлики й не є планетами, вони демонструють подібну до планет поведінку, — сказала Майлз. — Існує цілий спектр можливих проявів, а чіткої межі між коричневими карликами та планетами немає. Юпітер і цей об’єкт суттєво відрізняються, але погодні процеси на них подібні. Є фундаментальні фізичні та хімічні закономірності, спільні для всіх цих світів».
Науковиця планує провести ще більше годин базових спостережень за допомогою James Webb, щоб уточнити деталі обертання WISE 0855 і тривимірні нюанси руху його атмосфери. Наразі послання зрозуміле: погода буває всюди, й небо деяких наших найближчих сусідів варте того, щоб за ним спостерігати.
