Учені з'ясували, яка погода на планеті за 20 світлових років від нас
Атмосфера коричневого карлика SIMP 0136 за 20 світлових років від Землі виглядає хаотичною через хмари, що постійно змінюються. Проте астрономи з'ясували, що за цим хаосом стоїть напрочуд простий порядок.
Що приховують хмари чужого світу
Науковці Трініті-коледжу Дубліна проаналізували спостереження космічного телескопа NASA "Джеймс Вебб" (JWST) і встановили, що більшу частину мінливості на SIMP 0136 пояснюють лише два головні процеси: зміни температури та зміни вертикальної структури хмар. Вони складаються у три повторювані погодні стани, які по черзі з'являються у полі зору телескопа. Результати дослідження опублікував журнал Astronomy & Astrophysics.
Три погодні стани на бурому карлику
SIMP 0136 більший і гарячіший за газовий гігант, але його маси не вистачає для термоядерного синтезу водню, який живить зорі. Його атмосферу вкривають величезні хмарні системи, що швидко змінюються. Тому цей об'єкт більше нагадує екстремальну версію Юпітера, ніж Землю.
Коли SIMP 0136 обертається, до Землі повертаються різні ділянки його атмосфери. JWST фіксує вкрай дрібні зміни яскравості об'єкта на різних довжинах хвиль, і за ними астрономи роблять висновки про розподіл температури та хмар на видимій півкулі.
Нове дослідження показує, що значну частину цього сигналу пояснюють три повторювані стани. Одні ділянки гарячіші й мають тонші хмари, інші холодніші, а їхні хмари товщі та простягаються далі вгору атмосферою. Ці великі структури не перебудовувалися випадково, а трималися понад десяток обертів.
Ми з'ясували, що ці чинники погодних патернів на SIMP 0136 зберігаються з часом, навіть коли детальний вигляд атмосфери змінюється впродовж понад десятка обертів,
– прокоментувала перша авторка дослідження Мерле Шрадер, докторантка Школи фізики Трініті-коледжу Дубліна.
Щоб виділити головні зміни, дослідники застосували статистичний метод, який називається аналізом головних компонент (PCA). Він зводить складний набір даних до кількох патернів, що пояснюють більшу частину відмінностей. Завдяки цьому вчені побачили, які зміни світла об'єкта відбуваються разом. Дві найсильніші компоненти відповідали змінам температури та структури хмар, а слабші коливання вдалося відділити і від них, і від випадкового шуму.
Цей підхід відрізняється від методів, які починають із докладних припущень про атмосферу, а потім перевіряють, чи відтворює модель спостереження. PCA натомість спершу показує головні джерела мінливості в самих даних. Так дослідники отримують простішу відправну точку перед ресурсомістким атмосферним моделюванням.
За словами Шрадер, SIMP 0136 належить до коричневих карликів, від яких порівняно легко отримати якісні дані. Їх уже вивчали усталеними методами, тож науковці змогли порівняти результати нової техніки з тим, що вже знали про цей об'єкт. Метод можна вдосконалювати й застосовувати до менш відомих коричневих карликів в інших частинах космосу.
Навіщо вивчати коричневі карлики
Коричневі карлики дають чіткіший погляд на хмароутворення, циркуляцію та перенесення тепла, ніж більшість екзопланет, які важче спостерігати безпосередньо. Тому SIMP 0136 допоможе астрономам розуміти атмосфери гігантських світів за межами Сонячної системи.
Наші результати змінять підхід астрономів до аналізу майбутніх спостережень JWST. Оскільки наш метод швидко визначає домінантні компоненти атмосфери, він є ефективним першим кроком перед ресурсомістким обчислювальним моделюванням,
– заявила Джоханна Вос, доцентка Школи фізики Трініті-коледжу Дубліна.
Поширення методу на більше коричневих карликів і гігантських екзопланет покаже, які атмосферні процеси переважають на світах із різною температурою, складом хмар і типами циркуляції. Точніші виміри таких атмосфер також покращать розуміння їхньої хімії, а вона важлива для оцінки фізичних умов на далеких планетах.
Світло, яке летіло двадцять років
Для Шрадер SIMP 0136 приніс незвичайний збіг. Коричневий карлик перебуває приблизно за 20 світлових років від нас, тож світло, яке JWST зафіксував у 2023 році, летіло космосом близько двох десятиліть. Воно вирушило в дорогу того самого року, коли народилася Шрадер.
Світло рухається зі швидкістю близько 300 тисяч кілометрів на секунду, але й за такої швидкості йому знадобилося два десятиліття, щоб дістатися до нас. Від Землі до Місяця світло летить трохи більш як секунду, і це дає відчуття, як далеко розташований SIMP 0136.
Шрадер вважає дивовижним, що вчені розгледіли приховані погодні патерни далекого світу та відстежили їхню взаємодію, хоча безпосередньо спостерігають лише один піксель, розтягнутий по спектру світла.