Астрономи за първи път успяха да съставят подробна „прогноза за времето“ за екзопланета извън Слънчевата система.

С помощта на космическия телескоп James Webb учените наблюдаваха атмосферните процеси върху SIMP 0136 – планетообразен обект, който се скита свободно из Млечния път, без да обикаля звезда.

Изследователите установиха наличие на полярни сияния, които нагряват горните слоеве на атмосферата му и създават устойчив слой от силикатни, „пясъчни“ облаци.

SIMP 0136 е кафяво джудже – преходен тип обект, който по размер и състав наподобява гигантска планета, но няма достатъчно маса, за да поддържа термоядрен синтез като звездите.

Това е млад, бързовъртящ се обект, който излъчва собствена топлина – идеални условия за изучаване на екзопланетни атмосфери.

Обектът прави едно завъртане около оста си за едва 2,4 часа. Тази бърза ротация позволява на учените да проследят как яркостта му леко се изменя, когато различни атмосферни зони се изместват в полезрението на Webb.

Как „Уеб“ наблюдава времето на други светове

Екипът използва два ключови инструмента на телескопа:

• NIRSpec – близко инфрачервен спектрограф, който заснема непрекъсната серия от спектри с изключително висока точност.
• MIRI – инструмент за средното инфрачервено, чувствителен към газове като метан и амоняк.

Комбинацията позволява едновременно да се наблюдават дълбоки и високи слоеве от атмосферата.

Специалистите са превърнали тези данни в триизмерни карти на температурата, облаците и химичния състав.

Резултатите разкриват температурна инверсия – феномен, при който температурата в горната атмосфера се повишава, вместо да намалява.

Инверсията е около 250 К по-силна от очакваното и се намира над основните облачни слоеве. Температурата в атмосферните дълбини достига над 1500°C.

Интересното е, че в хода на едно завъртане средната температура на хемисферата се изменя само с около 5 К, което показва относително стабилен климат, макар и при екстремни условия.

Полярни сияния като източник на топлина

Според учените именно силни полярни сияния вероятно нагряват горната атмосфера. Подобно на Юпитер, където сиянията пренасят енергия към цялата планета, при SIMP 0136 магнитните токове могат да доставят мощни енергийни потоци високо в атмосферата.

Обектът е известен с пулсациите си в радиодиапазона – пряк намек за силно магнитно поле и активно сияние.

Облаците са съставени от пясък и са изненадващо стабилни

При температури над 1000°C облаците не могат да бъдат водни. На SIMP 0136 те са изградени от силикатни зрънца, подобни на пясък.

Учените очаквали облаците да бъдат основният фактор за промените в яркостта, но резултатите показват нещо различно: облачният слой остава почти неизменен, докато температурните вариации са истинският двигател на наблюдаваните промени.

Химични следи в небето на SIMP 0136

В спектъра ясно се виждат следи от вода, метан и въглероден оксид, които са разпределени почти равномерно. Съдържанието на CO₂ и сероводород се изменя с фазата на въртене, вероятно под влиянието на локални турбуленции или малки „бури“.

Съотношението между въглерод и кислород е подобно на това в нашето Слънце.

Тъй като не обикалят звезда, подобни обекти могат да бъдат наблюдавани без заслепяваща звездна светлина. Това ги превръща в идеални лаборатории за изучаване на екзопланетни атмосфери и динамика.

SIMP 0136 показва, че дори свободно скитащ обект може да има активна метеорология, задвижвана от вътрешна топлина и магнитни полета.