Солнечный ветер подогрел стратосферу Юпитера
Высокоэнергетические частицы солнечного ветра, ответственные за образование полярных сияний на Юпитере, могут проникать глубоко в его атмосферу, вызывая нагрев стратосферы, выяснили астрономы благодаря наземным наблюдениям. Это позволяет не только понять процессы, идущие на газовом гиганте, но и использовать их для описания юпитероподобных экзопланет в других звездных системах. Статья опубликована в журнале Nature, кратко о работе рассказывается на сайте NASA.
За возникновение полярных сияний в атмосфере Земли и других планет в основном ответственны частицы солнечного ветра, которые взаимодействуют с магнитным полем планеты. Заряженные частицы, захваченные магнитосферой, двигаются вдоль силовых линий магнитного поля, достигают полюсов, где проникают в более глубокие и плотные слои атмосферы. Здесь они сталкиваются с молекулами и атомами газов атмосферы, передавая им энергию. Возбужденные молекулы переизлучают ее в виде квантов света. Подобные явления наблюдаются не только на Земле или Марсе, но и в полярных регионах газовых гигантов, таких как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
В новой работе группа астрономов во главе с Джеймсом Синклером (James Sinclair) проанализировала данные наблюдений за Юпитером в инфракрасном диапазоне, проведенных при помощи инструмента COMICS (Cooled Mid-Infrared Camera and Spectograph), установленного на телескопе
, в январе, феврале и мае 2017 года. Им удалось выяснить, что рост интенсивности свечения в инфракрасном диапазоне, связанного с молекулами метана и других углеводородов, находящихся в стратосфере газового гиганта, совпадает с ростом интенсивности свечения в ультрафиолетовом диапазоне в полярных областях Юпитера, которое связано с полярными сияниями.
Это говорит о том, что процессы, ответственные за образование сияний, и стратосфера Юпитера связаны между собой. Предполагается, что во время возмущений магнитосферы Юпитера, которые вызваны солнечным ветром, высокоэнергетические частицы могут проникать глубоко в атмосферу планеты, в частности, в стратосферу, где в ходе столкновений с атомами и молекулами отдают им свою энергию, увеличивая температуру окружающего газового слоя. Эти результаты важны не только для понимания механизмов, идущих на газовом гиганте, но и для описания юпитероподобных экзопланет в других звездных системах, где интенсивность сияний может быть на порядки выше.
Ранее мы рассказывали о том, как была выяснена природа пульсирующих полярных сияний и услышано «пение» волн в плазмосфере Земли, а также о том, как MAVEN впервые обнаружил в верхних слоях атмосферы Марса долгоживущие слои из ионов металлов.
Александр Войтюк
Экзопланета находится близко к красному карлику AU Микроскопа
Астрономы при помощи телескопа «Хаббл» выявили переменность потери нейтрального водорода атмосферой горячего нептуна, который находится на краю «пустыни нептунов» и обращается по близкой орбите вокруг молодой звезды AU Микроскопа. Предполагается, что это может быть связано с зависимостью оттока газа из атмосферы от активности звезды. Статья опубликована в The Astronomical Journal. «Пустыней нептунов» планетологи называют наблюдаемые дефицит экзопланет размером с Нептун и короткими орбитальными периодами (менее трех дней). Предполагается, что такие планеты изначально представляют собой тела с твердым ядром и обширными газовыми оболочками, которые быстро эволюционируют за счет миграции ближе к звезде и потере атмосферы. Последний процесс, в свою очередь, может протекать в двух вариантах — за счет фотоиспарения атмосферы под действием высокоэнергетического излучения звезды или разогрев и убыль атмосферы за счет выделения тепла со стороны остывающего ядра планеты. Группа астрономов во главе с Китли Рокклиффом (Keighley E. Rockcliffe) из Дартмутского колледжа в Ганновере опубликовала результаты наблюдений за динамикой атмосферы горячего нептуна в системе звезды AU Микроскопа при помощи космического телескопа «Хаббл». AU Микроскопа представляет собой звезду до главной последовательности, которая находится в 31,9 световых года от Солнца. Этот молодой (23 миллиона лет) красный карлик относится к группе Беты Живописца, имеет массу 0,5 масс Солнца, а также обладает околозвездным диском и открытым в 2020 году горячим нептуном AU Mic b, который стал первой молодой экзопланетой с известным значением плотности. AU Mic b характеризуется орбитальным периодом 8,46 дня и радиусом 4,19 радиуса Земли, экзопланета попадает на край «пустыни нептунов» и по расчетам может терять атмосферу. В системе есть еще две более дальние экзопланеты, а также кандидат в четвертую экзопланету. «Хаббл» вел спектроскопические наблюдения за AU Mic b в дальнем ультрафиолетовом диапазоне во время двух событий транзита планеты по диску звезды 2 июля 2020 года и 19 октября 2021 года. В эти моменты излучение водорода в линии Лайман-альфа от родительской звезды с высокой вероятностью будет взаимодействовать с нейтральным водородом, утекающим из верхних слоев атмосферы экзопланеты, и частично поглощаться им, что отразится в спектрах. Влияние околозвездного диска в этих наблюдениях может не учитываться, так как он беден газом. Во время первого транзита следов нейтрального водорода вблизи экзопланеты обнаружено не было, однако во время второго транзита было обнаружено облако водорода, движущееся впереди AU Mic b, со столбцовой плотностью 1013,96 частиц на квадратный сантиметр. Облако превратилось в хвост с длиной 1,39 радиуса Солнца, высотой 0,32 радиуса Солнца, при этом скорость движения части газа увеличилась и составила 61,26 километров в секунду в радиальном направлении от звезды. Ученые предполагают, что такое необычное поведение атмосферы можно объяснить за счет того, что геометрия оттока газа от планеты меняется в зависимости от интенсивности звездного ветра, который формирует из облака хвост, а также зависеть от вспышек на звезде. Кроме того, нейтральный водород мог быть фотоионизирован высокоэнергетическим излучением за 44 минуты, что сделает его временно недоступным для наблюдений. Ранее мы рассказывали о том, как CHEOPS подтвердил открытие двух экзопланет у «долины субнептунов».
