Всего в семи с половиной световых годах от Земли находится мир, в атмосфере которого, похоже, меняются водяные облака. У него нет привычной поверхности, а звездой он так и не стал. Но погода там сложная. Космический телескоп Джеймса Уэбба впервые позволил проследить, как облачные слои и химические компоненты меняют наблюдаемое излучение такого холодного объекта.
Этот необычный сосед называется WISE 0855. Он относится к коричневым карликам — телам, которые массивнее большинства планет, но недостаточно массивны для устойчивого горения водорода, питающего обычные звезды. Они постепенно остывают. WISE 0855 считается самым холодным из известных коричневых карликов: его эффективная температура составляет примерно 265 кельвинов, или минус восемь градусов Цельсия.
На первый взгляд температура почти земная, но сравнение обманчиво. Это характеристика излучения всего объекта, а не температуры его поверхности. У WISE 0855 нет ни привычной суши, ни океанов под облаками, а давление и состав газовых слоев совсем не похожи на земные. Водяные облака здесь интересны не как признак обитаемости, а как проявление атмосферной физики.
Раньше астрономы уже предполагали существование водяных облаков на этом объекте, но наблюдения не позволяли уверенно отделить их влияние от изменений температуры и химического состава. Если мир становится то ярче, то тусклее, причиной могут быть как облака, так и температурные различия. Для решения загадки понадобилось разложить слабый свет на отдельные длины волн.
Команда под руководством Бриттани Майлз из Университета Аризоны использовала инфракрасный спектрограф NIRSpec телескопа Уэбба. Наблюдения продолжались одиннадцать часов, причем новый спектр получали каждые пятнадцать минут. Ученые изучали диапазон от 2,87 до 5,27 микрометра, где разные молекулы оставляют характерные следы поглощения. Так ученые проследили изменения атмосферы во времени.
Самые заметные колебания обнаружились в участках спектра, связанных с угарным газом, или монооксидом углерода. На некоторых длинах волн разница между максимумом и минимумом сигнала достигала десяти процентов. Кроме того, изменения признаков угарного газа были согласованы с изменениями фосфина — соединения фосфора и водорода. Оба газа, вероятно, связаны с процессами в глубине атмосферы.
Почему глубокие газы вообще оказываются там, где их можно обнаружить? Внутреннее тепло приводит в движение атмосферу: более теплые массы газа поднимаются, а другие опускаются. Это отчасти напоминает движение жидкости в кастрюле. При быстром перемешивании химические вещества могут сохранять состав, характерный для более горячих и глубоких слоев, даже оказавшись выше, где равновесная химия предсказывала бы другое соотношение молекул.
С водяными облаками картина оказалась иной. Сопоставление спектров с атмосферными моделями указало на неоднородные облачные области, толщина которых различается. Предполагается, что их изменения происходят в слоях с меньшим давлением, чем те, где формируется химический состав поднимающихся газов. Значит, в спектре отражаются два процесса: облачность и глубинное перемешивание.
При этом астрономы не видели отдельные облака непосредственно, словно снимали их из космического корабля. Вывод о водяных облаках получен из инфракрасных спектров и моделей. По мере вращения коричневого карлика к наблюдателю могут поворачиваться участки атмосферы с разной облачностью. Но точный период вращения WISE 0855 пока остается неопределенным, и одних одиннадцати часов недостаточно для полной карты его погоды.
Почему открытие важно за пределами одного необычного объекта? В атмосферах Юпитера и других газовых гигантов тоже действуют конвекция, образование облаков и перенос веществ между слоями. Коричневые карлики позволяют изучать сходную физику при иных температурах и условиях. Это природные лаборатории для изучения холодных экзопланет, слабое излучение которых трудно измерить.
Однако говорить о втором Юпитере или второй Земле было бы неправильно. WISE 0855 — самостоятельный субзвездный объект, а его водяные облака не означают дождь, океаны или возможность жизни. Исследование также не доказывает, что все холодные коричневые карлики имеют одинаковую атмосферу. Оно показывает, насколько много информации можно извлечь из едва заметных изменений света, если наблюдать их достаточно часто и в нескольких спектральных диапазонах.
Работа, представленная в препринте и принятая к публикации в астрономическом журнале, открывает дорогу более длительным наблюдениям. Они помогут уточнить скорость вращения WISE 0855 и разобраться, как облака, температура и химия взаимодействуют друг с другом. Прежде он казался тусклой точкой, а теперь предстал миром со сложной погодой без привычного солнечного света.
А затем «Добавить на главный экран».
