Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) помог подтвердить значительные атмосферные различия между вечной утренней и вечной вечерней сторонами экзопланеты WASP-39 b, расположенной на расстоянии около 700 световых лет от Земли в созвездии Девы. Эта гигантская планета, диаметром в 1,3 раза больше Юпитера, но с массой, схожей с Сатурном, приливно заблокирована своей родительской звездой, что приводит к тому, что на планете есть постоянная дневная и ночная стороны. 

Используя спектрограф NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), астрономы подтвердили разницу температур между вечным утром и вечным вечером на WASP-39 b, которая составляет примерно 300 градусов по Фаренгейту (около 200 градусов по Цельсию). Вечерняя сторона планеты оказалась значительно жарче, с температурой около 1450 градусов по Фаренгейту (800 градусов по Цельсию), в то время как утренняя сторона относительно прохладнее — 1150 градусов по Фаренгейту (600 градусов по Цельсию). 

Кроме того, исследователи обнаружили различия в облачном покрове, причём дневная часть планеты, вероятно, более облачная, чем ночная. Эти выводы были сделаны путём анализа спектра пропускания WASP-39 b в диапазоне от 2 до 5 микрон на терминаторе экзопланеты — границе, разделяющей дневную и ночную стороны. Спектр пропускания создаётся путем сравнения звёздного света, отфильтрованного через атмосферу планеты, когда она движется перед звездой, с неотфильтрованным звёздным светом когда планета находится рядом со звездой. 

Иллюстрация экзопланеты WASP-39 b, на основе транзитных наблюдениях с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», а также других космических и наземных телескопов. Источник: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI) 

«WASP-39 b стала своего рода эталонной планетой в изучении атмосферы экзопланет с помощью JWST. У неё раздутая, пухлая атмосфера, поэтому сигнал излучения звезды, отфильтрованный через атмосферу планеты, довольно сильный», — отметил Нестор Эспиноза, ведущий автор исследования. 

Ранее опубликованные спектры JWST атмосферы WASP-39b выявили присутствие углекислого газа, диоксида серы, водяного пара и натрия. Однако новый анализ позволил разделить границу дня и ночи на вечернюю и утреннюю зоны, что дало возможность провести чёткое различие между сторонами. 

Расширенное моделирование полученных данных также позволило исследователям исследовать структуру атмосферы WASP-39 b, облачный покров и причины разницы температур. Астрономы подтвердили, что циркуляция газа вокруг планеты является основным фактором, влияющим на разницу температур. На сильно облученной экзопланете, такой как WASP-39 b, газ движется по мере вращения планеты вокруг своей звезды, создавая мощное экваториальное струйное течение. В результате утренняя сторона терминатора холоднее вечерней, поскольку она подвергается фронту ветров воздуха, охлаждённого на ночной стороне, в то время как вечерняя сторона подвергается ветрам, нагретым на дневной стороне. 

Спектр пропускания, полученный с помощью NIRSpec (ближний инфракрасный спектрограф) JWST, показывает количество различных длин волн излучения звезды, заблокированного атмосферой горячего газового гиганта WASP-39 b. Источник: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI) 

Результаты работы группы опубликованы в журнале Nature. Для дальнейших исследований учёные запланировали использовать тот же метод анализа для изучения атмосферных различий других приливно-захваченных горячих юпитеров. Этот метод может помочь лучше понять процессы, происходящие в атмосферах экзопланет, и расширить знания о формировании и эволюции планетных систем. 

Кроме того, исследователи планируют использовать JWST для изучения более холодных экзопланет, включая суперземли и мини-нептуны, чтобы определить, имеют ли они аналогичные атмосферные особенности и процессы. Эти наблюдения, в свою очередь, могут помочь лучше понять разнообразие планетных систем во Вселенной и условия, необходимые для возникновения жизни.