Первые трехмерные наблюдения атмосферы экзопланеты выявили уникальный климат

Tylos (или WASP-121b) — это газообразная гигантская экзопланета, расположенная примерно в 900 световых годах от нас в созвездии Кормы. Используя инструмент ESPRESSO на Очень Большом Телескопе (VLT) ESO, ученые смогли исследовать ее атмосферу, открыв ее трехмерную структуру. Это первый случай, когда это стало возможным на планете за пределами Солнечной системы. Атмосфера Tylos разделена на три слоя: железные ветры в нижней части, за которыми следует очень быстрый струйный поток натрия и, наконец, верхний слой водородных ветров. Такой климат никогда ранее не наблюдался ни на одной планете. Автор: ESO/M. Kornmesser

Астрономы заглянули в атмосферу планеты за пределами Солнечной системы, впервые составив карту ее трехмерной структуры. Объединив все четыре телескопа Очень Большого Телескопа Европейской Южной Обсерватории (VLT ESO), они обнаружили мощные ветры, переносящие химические элементы, такие как железо и титан, создавая сложные погодные узоры в атмосфере планеты.

Это открытие открывает путь к детальному изучению химического состава и погоды других инопланетных миров.

«Атмосфера этой планеты ведет себя таким образом, что это бросает вызов нашему пониманию того, как работает погода — не только на Земле, но и на всех планетах. Это похоже на что-то из области научной фантастики», — говорит Джулия Виктория Зайдель, научный сотрудник Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature.

Планета WASP-121b (также известная как Tylos) находится примерно в 900 световых годах от нас в созвездии Кормы. Это сверхгорячий Юпитер, газовый гигант, вращающийся вокруг своей звезды так близко, что год там длится всего около 30 земных часов. Более того, одна сторона планеты раскаленная, так как она всегда обращена к звезде, в то время как другая сторона гораздо холоднее.

Команда теперь исследовала глубь атмосферы Тайлоса и обнаружила отдельные ветры в отдельных слоях, сформировав карту трехмерной структуры атмосферы. Это первый раз, когда астрономам удалось изучить атмосферу планеты за пределами нашей солнечной системы столь глубоко и подробно.

«То, что мы обнаружили, было удивительным: струйное течение вращает материал вокруг экватора планеты, в то время как отдельный поток в нижних слоях атмосферы перемещает газ с горячей стороны на более холодную. Такого климата никогда ранее не наблюдалось ни на одной планете», — говорит Зайдель, который также является исследователем в Лагранжевой лаборатории, входящей в Обсерваторию Лазурного берега во Франции.

Наблюдаемое струйное течение охватывает половину планеты, набирая скорость и яростно перемешивая атмосферу высоко в небе, пересекая горячую сторону Тайлоса. «Даже самые сильные ураганы в солнечной системе кажутся спокойными по сравнению с этим», — добавляет она.

Чтобы раскрыть трехмерную структуру атмосферы экзопланеты, команда использовала инструмент ESPRESSO на VLT ESO, чтобы объединить свет его четырех больших телескопов в один сигнал. Этот комбинированный режим VLT собирает в четыре раза больше света, чем отдельный телескоп, раскрывая более слабые детали.

Наблюдая за планетой в течение одного полного прохождения перед ее звездой, ESPRESSO смог обнаружить следы множества химических элементов, в результате чего были исследованы различные слои атмосферы.

«Объемный телескоп VLT позволил нам исследовать три различных слоя атмосферы экзопланеты одним махом», — говорит соавтор исследования Леонардо А. душ Сантуш, помощник астронома в Научном институте космического телескопа в Балтиморе, США.

Команда отслеживала перемещения железа, натрия и водорода, что позволило им проследить ветры в глубоких, средних и поверхностных слоях атмосферы планеты соответственно.

«Это тот тип наблюдений, который очень сложно проводить с помощью космических телескопов, что подчеркивает важность наземных наблюдений за экзопланетами», — добавляет он.

Интересно, что наблюдения также выявили присутствие титана чуть ниже струйного течения, как подчеркивается в сопутствующем исследовании, опубликованном в Astronomy and Astrophysics. Это стало еще одним сюрпризом, поскольку предыдущие наблюдения за планетой показали отсутствие этого элемента, возможно, потому, что он скрыт глубоко в атмосфере.

«Поистине поразительно, что мы можем изучать такие детали, как химический состав и погодные условия планеты на таком огромном расстоянии», — говорит Бибиана Принот, аспирантка Лундского университета (Швеция) и Европейской южной обсерватории, которая руководила сопутствующим исследованием и является соавтором статьи в журнале Nature.

Однако для исследования атмосферы более мелких планет, похожих на Землю, понадобятся более крупные телескопы. Они будут включать в себя Extremely Large Telescope (ELT) ESO, который в настоящее время строится в чилийской пустыне Атакама, и его инструмент ANDES.

«ELT станет переломным моментом в изучении атмосфер экзопланет», — говорит Принот. «Этот опыт заставляет меня чувствовать, что мы находимся на грани открытия невероятных вещей, о которых сейчас можем только мечтать».

Больше информации: Vertical structure of an exoplanet's atmospheric jet stream, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08664-1. www.nature.com/articles/s41586-025-08588-w
Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode, Astronomy and Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202452405

Источник: ESO