«Джеймс Уэбб» раскрыл удивительно упорядоченную погоду в мире в 20 световых годах от Земли

Астрономы научились различать погодные процессы в атмосфере далёкого космического объекта, который с Земли выглядит как единственная светящаяся точка. Наблюдения показали, что погода на коричневом карлике SIMP 0136, расположенном примерно в 20 световых годах от нас, может быть значительно более упорядоченной, чем считалось ранее. Исследование провела международная группа учёных под руководством специалистов Тринити-колледжа в Дублине. Используя данные космического телескопа «Джеймс Уэбб», исследователи установили, что основную часть наблюдаемых изменений в атмосфере SIMP 0136 можно объяснить всего двумя процессами: колебаниями температуры и изменениями вертикального строения облаков. Результаты работы опубликованы в научном журнале Astronomy & Astrophysics.

Не планета, но и не полноценная звезда

SIMP 0136 относится к коричневым карликам — объектам, занимающим промежуточное положение между газовыми планетами-гигантами и звёздами. Они массивнее и горячее Юпитера, однако их массы недостаточно для поддержания устойчивых термоядерных реакций, благодаря которым светят обычные звёзды. По своим размерам, температуре и строению атмосферы коричневые карлики во многом напоминают гигантские экзопланеты.

Поэтому астрономы рассматривают их как естественные лаборатории для изучения погоды за пределами Солнечной системы. SIMP 0136 особенно интересен тем, что быстро вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот примерно за 2,4 часа. Ранее у него также обнаружили признаки процессов, напоминающих мощные полярные сияния. По мере вращения к наблюдателю поворачиваются разные участки атмосферы, из-за чего яркость и спектр объекта едва заметно меняются.

Как учёные увидели погоду в одном пикселе

Телескоп не может показать облака SIMP 0136 так, как космические аппараты фотографируют атмосферу Юпитера. Для земного наблюдателя этот далёкий мир остаётся одной точкой. Однако свет, поступающий от него на разных длинах волн, содержит информацию о температуре, химическом составе и слоях атмосферы. Чтобы извлечь эти сведения, исследователи применили анализ главных компонентов — статистический метод, известный как PCA. Он позволяет находить в большом массиве данных основные согласованные закономерности и отделять их от случайных колебаний и приборного шума.

Учёные проанализировали спектры, полученные прибором NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб» во время одного полного оборота коричневого карлика. Исключительная чувствительность обсерватории позволила зарегистрировать изменения яркости, составлявшие доли процента. Анализ показал, что практически всю обнаруживаемую согласованную изменчивость можно описать с помощью двух основных компонентов. Первый связан преимущественно с температурными различиями, а второй — с вертикальной протяжённостью и плотностью облачных слоёв. После учёта этих двух факторов в данных оставался в основном только шум.

Три погодных состояния

Сочетание двух доминирующих процессов позволило исследователям выделить три характерных состояния атмосферы. Наблюдаемый спектр SIMP 0136 меняется в зависимости от того, в каких пропорциях эти состояния оказываются в поле зрения во время вращения объекта. Фактически атмосфера представляет собой мозаику неодинаковых областей. Одни из них могут быть более горячими и покрытыми сравнительно тонкими облаками, другие — более холодными, с плотными и вертикально протяжёнными облачными слоями. Когда коричневый карлик вращается, вклад каждой области в общий световой поток меняется.

Это означает, что атмосфера SIMP 0136 не перестраивается совершенно случайным образом. Её внешний облик постоянно изменяется, однако за этими изменениями сохраняется относительно простая и устойчивая система физических процессов. В этом отношении погода на коричневом карлике может напоминать Юпитер, где облачные пояса, вихри и крупные атмосферные образования меняются, но общая организация атмосферы остаётся узнаваемой. Исследователи также сравнили результаты с наблюдениями, проведёнными примерно на 37,5 часа раньше — за это время SIMP 0136 успел совершить около 15 оборотов. Детальное расположение атмосферных областей изменилось, однако ведущая роль температуры и строения облаков сохранилась.

Зачем изучать погоду на коричневых карликах

Предложенный метод позволяет сначала определить главные источники атмосферных изменений непосредственно из наблюдений и лишь затем переходить к более сложному компьютерному моделированию. Это может значительно ускорить обработку будущих данных «Джеймса Уэбба». Особую ценность представляет возможность применить такой анализ к другим коричневым карликам и крупным экзопланетам. Большинство экзопланет трудно наблюдать напрямую, поскольку их свет теряется на фоне родительских звёзд. Изолированные коричневые карлики доступны для более подробного изучения и помогают проверять модели формирования облаков, переноса тепла и циркуляции атмосфер в экстремальных условиях.

В дальнейшем подобные методы позволят астрономам сравнивать погодные системы разных далёких миров и лучше понимать их температуру, облачность и химический состав. Эти знания важны не только для исследования газовых гигантов. Совершенствование способов анализа слабых атмосферных сигналов постепенно приближает учёных к изучению более небольших экзопланет и поиску условий, при которых в других уголках Вселенной потенциально могла бы существовать жизнь.

• Новолуние наступит 11 сентября: почему это хорошее время для наблюдения за звёздами
• Детектор LUX-ZEPLIN уловил загадочный сигнал: физики проверяют возможный след тёмной материи
• Сколько космических частиц проходит сквозь тело человека каждую секунду
• Загадочный космический гул может быть отголоском древних тёмных звёзд
• Земные микробы могут выживать в затененных районах Луны
• Зонд «Эйнштейн» обнаружил редкую рентгеновскую вспышку и рождение мощного магнетара
• SpaceX установила рекорд, запустив две ракеты Falcon 9 с интервалом всего 38 минут
• Солнечное затмение и Персеиды совпадут: август 2026 года подарит сразу несколько небесных событий