Расположенная примерно в 400 световых годах от нас WASP-18 b — горячий юпитер, экзопланета одной из самых многочисленных групп. По размеру она лишь чуть больше нашего газового гиганта, но заключает в себе целых 10 масс крупнейшей планеты Солнечной системы. То есть для газовой планеты она очень плотная и тяжелая.
Горячим этот юпитер делает его близость к своему солнцу — их разделяет всего три миллиона километров. Это примерно в 19 раз меньше расстояния Меркурия от Солнца. Звезда у WASP-18 b крупнее, массивнее и ярче нашей. Так что планета приливно захвачена, то есть все время развернута к светилу одной и той же стороной. На дневной половине температура составляет от 2700 до 3300 градусов Цельсия. WASP-18 b — одна из самых раскаленных известных экзопланет. Напомним, на сегодня их насчитывается уже около шести тысяч.
Все это делает WASP-18 b идеальной экзопланетой для наблюдений в целом и изучения атмосферы в особенности: большой диаметр выгоден всегда, высокая плотность атмосферы снижает эффект рассеяния света и тем самым упрощает интерпретацию данных, а главное — от горячей экзопланеты идет яркое инфракрасное излучение. Это именно то, что нужно для ее рассмотрения через космический инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб».
До сих пор при наблюдениях атмосфер экзопланет удавалась установить лишь среднюю глобальную температуру и получить очень расплывчатую картину. С появлением «Уэбба» все изменилось: он может «видеть» в 25 разных диапазонах длин инфракрасных волн, а это позволяет составить уже детальный «портрет» атмосферы. Во-первых, разные вещества поглощают и отражают свет на разных длинах волн, поэтому можно подробнее выяснить химический состав воздуха другой планеты. Во-вторых, на более коротких волнах «видно» глубокие слои, на длинных — верхние. Получается, по сути, трехмерное сканирование.
Благодаря этому в результате удалось составить 3D-карту атмосферы WASP-18 b, о которой международная команда ученых рассказала в статье для издания Nature Astronomy. По словам исследователей, для этого телескоп наблюдал за экзопланетой не во время ее прохождения по диску звезды, а наоборот — в те моменты, когда она заходила за светило с обратной стороны, после чего показывалась из-за него снова.
Астрофизики отследили, как при этом менялась яркость звезды, и обнаружили, что в самом центре дневной стороны планеты есть особенно яркая область. Ее назвали «горячей точкой». Интересно, что в ней прослеживается термическая инверсия: с увеличением высоты атмосфера становится не холоднее, а горячее. «Уэбб» обнаружил там, помимо водорода и гелия, в том числе небольшие количества оксида титана и ванадия. Предположительно, именно эти вещества создают такой эффект — они поглощают много солнечного света.
Вокруг этой самой нагретой области прослеживается «кольцо» уже более умеренных температур. Тем не менее окраины освещенной стороны заметно теплее, чем должны быть по расчетам. По одной из версий, под действием излучения звезды молекулы водорода распадаются на атомы и при этом поглощают много тепла. Потом ветры несут их к ночной стороне, где они вновь соединяются в молекулы и высвобождают тепло. Не исключено и то, что облака на ночной половине задерживают тепло и не дают ему уходить в космос.
Несмотря на столь экстремальный нагрев WASP-18 b, на ней оказался также водяной пар. Но с ним тоже есть одна проблема: почему-то за пределами «горячей точки» его концентрация на порядки ниже, чем внутри нее. Как нетрудно догадаться, это противоречит здравому смыслу. Есть мнение, что мы просто не «видим» воду ближе к краям диска экзопланеты, поскольку смотрим на них под углом.