Насколько сильны бури на газовых планетах и коричневых карликовых звездах? Теперь астрономы могут ответить на этот вопрос, использовав для этого новый метод.
Коричневые карлики слишком легкие, чтобы их массы хватало для производства своего собственного солнечного света. Но взамен света эти «недозвезды» могут предложить другие впечатляющие погодные явления. Например, невероятные ветра в их атмосфере. А насколько они мощные, относительно точно определила команда исследователей во главе с Кейтлин Аллерс из Университета Бакнелла в США. В журнале Science они поделились результатами своих исследований коричневого карлика 2MASS J1047 + 21: в атмосферной оболочке этой карликовой звезды ветер дует со скоростью 2340 км/час, что соответствует силе ветра 85.
Так художник представляет себе коричневого карлика и его магнитное поле. Магнитное поле, расположенное в глубоких слоях, вращается с другой скоростью, чем верхние слои атмосферы. Разница позволила астрономам определять скорость ветра объекта. © Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Для измерения астрономы использовали метод, который успешно был испробован на Юпитере. Принцип здесь заключается в том, что его облака по-разному отражают попадающий на них солнечный свет. При вращении планеты вокруг своей оси характерная картина отражения облаков сдвигается вместе с ней и периодически повторяется с каждым ее оборотом. При этом фиксируемое изменение показывает, как быстро вращается атмосфера. А когда астрономы смотрят на рентгеновское излучение планеты, оно одновременно показывает и скорость вращения внутри нее. Это происходит потому, что рентгеновское излучение Юпитера исходит от его магнитного поля, которое на 7000 километров ниже самого внешнего слоя газа. Сравнение обоих значений показывает: на внешней кромке Юпитеру требуется на один оборот примерно на пять минут меньше, чем в его глубоких слоях. Независимые измерения скорости ветра космическим зондом Juno показывают, что эта разница в скорости зависит от штормовых порывов.
Аллерс и ее коллеги подумали: если такой метод работает для Юпитера, то почему бы не сделать то же самое с коричневыми карликами, ветры на которых очень похожи на ветры газовых гигантов. Астрономы нередко измеряют периоды вращения в радиодиапазоне. Сравнение наблюдений с теоретическими моделями подтверждает, что и у коричневых карликов магнитное поле тоже скрывается глубоко внизу. Инфракрасные измерения позволяют определить период их вращения с точностью до минуты. Исследователи выбрали двух кандидатов, на которых они нацелились с помощью инфракрасных инструментов космического телескопа Spitzer и радиотелескопа Very Large Array в Нью-Мексико. Как и ожидалось, только один из них продемонстрировал периодическое падение яркости.
Коричневый карлик слева и Юпитер справа. Рисунок коричневого карлика иллюстрирует магнитное поле и верхушку атмосферы, которые наблюдались на разных длинах волн при определении скорости ветра. © Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
2MASS J1047 + 21 находится на расстоянии около 35 световых лет от нас. Он представляет собой гермафродитный объект, нечто среднее между планетой и звездой, размером с Юпитер, но в несколько раз больше его массы. При этом он холоднее обычного коричневого карлика - его температура около 630 градусов по Цельсию. Зато он быстрый: его атмосфере на один оборот вокруг него требуется всего один час 44 минуты и 28 секунд - исследователям удалось это определить с точностью до 25 секунд. Но под его поверхностью, а точнее, в глубинах, этот процесс занял уже примерно до двух минут. В пересчете это приводит к скорости ветра на коричневом карлике в 2340 километров в час. Но из-за значительной неопределенности исследователи делают оговорку: плюс/минус половина этого значения.
Но кое-что можно сказать наверняка: на этом коричневом карлике дует западный ветер, причем максимально штормовой. Аллерс и ее команда уверены, что когда-нибудь их метод станет полезен и для измерения ветра на экзопланетах. Впрочем, это уже возможно и другими методами, а именно с использованием эффекта Доплера: когда газовый гигант проходит перед своей материнской звездой, и его свет сияет через атмосферу планеты, в спектре появляются линии поглощения, которые из-за эффекта Доплера смещаются в зависимости от скорости ветра. Правда, этот метод работает только на тяжелых планетах, которые очень близки к своей звезде, где постоянное действие приливных сил синхронизировало вращение планеты с ее орбитой. Результат этого таков: планета в этом случае всегда обращена к своей звезде одной и той же стороной, и ветер можно наблюдать независимо от эффектов вращения. В отличие от этого, новый метод может быть применен к дальнейшему, более широкому полю объектов. Правда, учитывая теперешнюю точность, надежные значения являются скорее делом будущего.
