Ученые выяснили, какая погода на планете, расположенной в 20 световых годах от нас

Что скрывают облака чужого мира

Ученые Тринити-колледжа в Дублине проанализировали данные космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" (JWST) и установили, что большую часть изменчивости в SIMP 0136 объясняют всего два основных процесса: изменения температуры и изменения вертикальной структуры облаков. Они складываются в три повторяющихся погодных состояния, которые поочередно появляются в поле зрения телескопа. Результаты исследования опубликовал журнал Astronomy & Astrophysics.

Три погодных состояния на коричневом карлике

SIMP 0136 больше и горячее газового гиганта, но его массы недостаточно для термоядерного синтеза водорода, который питает звезды. Его атмосферу покрывают огромные, быстро меняющиеся облачные системы. Поэтому этот объект больше напоминает экстремальную версию Юпитера, чем Землю.

Когда SIMP 0136 вращается, к Земле поворачиваются разные участки его атмосферы. JWST фиксирует крайне мелкие изменения яркости объекта на разных длинах волн, и по ним астрономы делают выводы о распределении температуры и облаков на видимом полушарии.

Новое исследование показывает, что значительная часть этого сигнала объясняется тремя повторяющимися состояниями. Одни участки более горячие и имеют более тонкие облака, другие – более холодные, а их облака толще и простираются выше в атмосфере. Эти большие структуры не менялись случайно, а сохранялись на протяжении более десятка оборотов.

Мы выяснили, что эти факторы погодных паттернов на SIMP 0136 сохраняются со временем, даже когда детальный облик атмосферы меняется в течение более десятка оборотов, 
– прокомментировала первый автор исследования Мерле Шрадер, докторантка Школы физики Тринити-колледжа в Дублине.

Чтобы выделить основные изменения, исследователи применили статистический метод, называемый анализом главных компонент (PCA). Он сводит сложный набор данных к нескольким паттернам, что объясняет большую часть различий. Благодаря этому ученые увидели, какие изменения света объекта происходят одновременно. Две самые сильные компоненты соответствовали изменениям температуры и структуры облаков, а более слабые колебания удалось отделить и от них, и от случайного шума.

Этот подход отличается от методов, которые исходят из подробных предположений об атмосфере, а затем проверяют, воспроизводит ли модель наблюдения. PCA же сначала показывает основные источники изменчивости в самих данных. Так исследователи получают более простую отправную точку перед ресурсоемкими атмосферными моделями.

По словам Шрадер, SIMP 0136 относится к коричневым карликам, от которых сравнительно легко получить качественные данные. Их уже изучали с помощью устоявшихся методов, поэтому ученые смогли сравнить результаты новой методики с тем, что уже знали об этом объекте. Метод можно совершенствовать и применять к менее известным коричневым карликам в других частях космоса.

Зачем изучать коричневые карлики

Коричневые карлики дают более четкое представление о формировании облаков, циркуляции и переносе тепла, чем большинство экзопланет, которые сложнее наблюдать напрямую. Поэтому SIMP 0136 поможет астрономам понять атмосферы гигантских миров за пределами Солнечной системы.

Наши результаты изменят подход астрономов к анализу будущих наблюдений JWST. Поскольку наш метод быстро определяет доминирующие компоненты атмосферы, он является эффективным первым шагом перед ресурсоемким вычислительным моделированием, 
– заявила Йоханна Вос, доцент Школы физики Тринити-колледжа в Дублине.

Применение этого метода к большему числу коричневых карликов и гигантских экзопланет покажет, какие атмосферные процессы преобладают на мирах с различной температурой, составом облаков и типами циркуляции. Более точные измерения таких атмосфер также улучшат понимание их химии, а это важно для оценки физических условий на далеких планетах.

Свет, летевший двадцать лет

Для Шрадер SIMP 0136 стал необычным совпадением. Коричневый карлик находится примерно в 20 световых годах от нас, поэтому свет, который JWST зафиксировал в 2023 году, летел через космос около двух десятилетий. Он отправился в путь в том же году, когда родилась Шрадер.

Свет движется со скоростью около 300 тысяч километров в секунду, но даже при такой скорости ему понадобилось два десятилетия, чтобы добраться до нас. От Земли до Луны свет летит чуть больше секунды, и это дает представление о том, как далеко находится SIMP 0136.

Шрадер считает удивительным, что ученые разглядели скрытые погодные закономерности далекого мира и отследили их взаимодействие, хотя непосредственно наблюдают лишь один пиксель, растянутый по спектру света.