Телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл у лавовой планеты облака-«солнцезащитный крем»

Ранее учёные считали, что в таких экстремальных условиях атмосфера почти не способна уцелеть. Новые наблюдения говорят об обратном: вокруг этой каменной экзопланеты, вероятно, есть плотная атмосфера, хотя жизни в привычном нам виде там нет места.

Работа опубликована в The Astronomical Journal. Международная команда, в которую вошла астрофизик Анджали Пьетт из Бирмингемского университета, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) следила за TOI-561 b. Планета находится примерно в 280 световых годах от Земли. За 37 часов телескоп зафиксировал почти четыре полных оборота планеты вокруг звезды.

Что показали наблюдения

Атмосфера, судя по всему, помогает планете отражать значительную часть излучения звезды. Одно из возможных объяснений — слой сильно отражающих силикатных облаков. Он не даёт поверхности нагреться до температур, которых можно ждать от открытой каменной планеты. Кроме того, атмосфера, по-видимому, переносит тепло с постоянно освещённой дневной стороны на ночную, и это дополнительно снижает температуру на стороне, обращённой к звезде.

Ранее измерения выявили странность: дневная сторона оказалась заметно холоднее, чем предполагали для тёмной каменной планеты, которая так близко к звезде. Значит, заметная часть энергии либо уходила на ночную сторону, либо отражалась в космос.

Команда наблюдала планету на протяжении всей орбиты и впервые смогла изучить её ночную сторону. TOI-561 b всегда повёрнута к звезде одним боком, поэтому ночная половина не получает прямого света. Но и она оказалась недостаточно тёплой, чтобы объяснить недостающее тепло. Исследователи заключили, что планета отражает примерно 75% приходящего света — очень много, на уровне Венеры.

Из чего могут состоять облака

Чтобы понять, что даёт такую отражающую способность, учёные сопоставили данные телескопа с компьютерными моделями климата планеты. Симуляции показывают, что над дневной стороной могут формироваться облака из силикатных минералов, в том числе из диоксида кремния (SiO2) и силиката магния (MgSiO3). Если они там есть, то отражают излучение раньше, чем оно достигает поверхности.

Проект возглавила профессор Лиза Данг из Университета Ватерлоо в канадской провинции Онтарио. По её словам, команда измеряла, как менялись яркость и тепло планеты в течение орбиты. Этот метод называют фазовой кривой. Он показал, что планета отражает много света, а тепло распределяется по всей планете, а не остаётся только на освещённой стороне. Всё вместе, по словам Данг, указывает на наличие атмосферы.

Откуда у планеты атмосфера

Какие именно газы входят в атмосферу TOI-561 b, пока неизвестно. Возможен плотный слой углекислого газа, как на Венере, но при куда более высоких температурах. Другой вариант — атмосфера из диоксида серы, который выбрасывают вулканы на спутнике Юпитера Ио.

Пьетт, ассистент-профессор астрономии Бирмингемского университета, заявила: «Наше открытие бросает вызов современным теориям». По её словам, сильно облучаемая каменная планета вроде TOI-561 b должна была потерять атмосферу миллиарды лет назад, однако данные говорят, что значительная атмосфера есть и сейчас.

Остаётся вопрос, был ли у планеты изначально необычно большой запас газов. Либо океан расплавленной породы на её поверхности работает как вулкан размером с планету и постоянно пополняет атмосферу. Новые результаты подкрепляют прежние данные Данг, Пьетт и их коллег о том, что атмосфера у TOI-561 b плотная и может непрерывно обновляться за счёт газов из расплавленных недр.

Что дальше

Исследователи хотят выяснить, ближе ли TOI-561 b к предельно горячей Венере или к намного более жёсткой версии вулканической Ио. По словам Данг, помочь могут дополнительные наблюдения JWST на более длинных волнах: они дадут сведения о химическом составе атмосферы и помогут объяснить, как такая горячая планета миллиарды лет удерживает атмосферу.

Между прочим. Альбедо — безразмерная величина: отношение отражённого или рассеянного поверхностью потока излучения к падающему. Нормальное альбедо чистого снега составляет около 0,9, а древесного угля — около 0,04. Бондовское альбедо, связанное с энергетическим балансом небесного тела и его температурой, у Земли около 0,29, у Луны — 0,067.