5 Minutės
Kai kuriuose karščiausiuose žinomuose planetose atmosfera tarsi priešinasi nematomai jėgai. Vėjai, kurie turėtų švilpti per šiuos pasaulius, atrodo sušvelninti, lyg kosminis stabdis sulaikytų audrą.
Kai karščiau nereiškia greičiau
Karštieji Jupiteriai yra planetinių sistemų ekstremalai. Jie suka žvaigždes itin arti, kartais užbaigdami orbitą per mažiau nei parą, ir daugeliui jų viena šoninė pusė nuolat kepinama dienos, o kita amžinai skendi nakties šaltyje. Toks temperatūrų skirtumas turėtų sukelti žiaurias audras. Kuo karštesnė planeta, tuo daugiau energijos galima panaudoti atmosferos srautams pagreitinti, todėl vėjai turėtų pūsti greičiau.
Vis dėlto Julios Seidel vadovaujama mokslininkų grupė Côte d'Azur observatorijoje aptiko painų dėsningumą: septyniuose karštuosiuose Jupiteriuose maksimalūs vėjų greičiai mažėja kylant pusiausvyros temperatūrai. Rezultatas, paskelbtas žurnale Nature Astronomy, apverčia paprastą lūkesčių logiką aukštyn kojomis. Vietoj to, kad karštesnės planetos turėtų smarkesnius vėjus, kai kurios karščiausios pasaulės rodo lėčiausius srautus.
Dailininko įsivaizdavimas apie karštąjį Jupiterį.
Komanda naudojo didelės skyros spektrografus MAROON-X prie Gemini North ir ESPRESSO prie ESO labai didelio teleskopo, kad atsektų išgaravusių metalų, ypač geležies, spektro požymius. Šios spektrinės linijos pasislenka, kai vėjai stumia dujas link mūsų arba nuo mūsų. Išmatuoti Doplerio poslinkiai atskleidžia vėjų greičius, kurie Saulės sistemos mastu vis tiek yra išskirtiniai, apie 2–7 kilometrus per sekundę. Palyginimui, Jupiterio greičiausi vėjai siekia maždaug 0,4 kilometro per sekundę. Tačiau čia svarbiausia ne absoliutus greitis, o atvirkštinis ryšys tarp temperatūros ir vėjo greičio.
Magnetinis stabdymas kaip pagrindinis paaiškinimas
Kodėl karštesnės planetos turėtų turėti lėtesnius vėjus? Autoriai teigia, kad labiausiai tikėtina priežastis yra magnetizmas. Tokiomis karštimis atmosferos dujos tampa dalinai jonizuotos. Judančios jonizuotos dujos sąveikauja su planetos magnetiniu lauku ir patiria Lorenco jėgą, kuri gali veikti kaip stabdis srautams. Kadangi jonizacijos dalis didėja kylant temperatūrai, magnetinis trintis turėtų sustiprėti. Tai ir sukelia kontraintuityvų trendą, kurį stebėjo tyrėjai.
Analizė taip pat leido mokslininkams įvertinti laukų stiprumą. Išvestinės reikšmės yra kuklios – keli gausai, panašios tvarka į Jupiterio globalų lauką. Kadangi metodas netiesioginis, komanda pabrėžia būtinybę atlikti papildomus matavimus, tačiau jei dėsningumas išliks, vėjų sulėtėjimas gali tapti aiškiausiu netiesioginiu aktyvių magnetinių laukų egzoplanetose įrodymu.
Dailininko įsivaizdavimas apie karštąjį Jupiterį, besisukantį aplink savo žvaigždę.
Yra ir alternatyvių paaiškinimų vėjų sumažėjimui, įskaitant atmosferos sudėties pokyčius, radiacinį aušinimą ar sudėtingus trimatės cirkuliacijos efektus. Tačiau šie mechanizmai paprastai numatytų greitesnius vėjus kylant temperatūrai, o ne lėtesnius. Toks neatitikimas stiprina magnetinę hipotezę. Kaip pažymėjo Vivien Parmentier iš Côte d'Azur observatorijos, stebėjimai yra kontraintuityvūs, nes karštesnės atmosferos turėtų turėti daugiau energijos vėjams varomajai jėgai. Paprasčiausias suderinimas – papildoma jėga, didėjanti su temperatūra, suderinama su magnetiniu trintimi.
Jei tai patvirtins, šie sulėtėję vėjai būtų aiškiausias netiesioginis magnetinės veiklos ženklas už Saulės sistemos ribų.
Mokslinis kontekstas ir platesnė reikšmė
Tiesiogiai aptikti egzoplanetų magnetinius laukus esamomis technologijomis yra itin sunku. Magnetosferų radijo emisijos yra silpnos ir retos. Naudojant atmosferos dinamiką kaip priemonę atsiveria naujas stebėjimų langas. Magnetiniai laukai atlieka kelias kritines funkcijas: jie saugo atmosferas nuo žvaigždinių dalelių, veikia atmosferos nutekėjimą ir formuoja viršutinių atmosferų struktūrą, kurioje svarbi jonizacija. Planetoms, esančioms arti aktyvių žvaigždžių, apsauginė magnetosfera gali lemti skirtumą tarp storos atmosferos išsaugojimo ir išgaravimo iki dykumos branduolio.
Šis rezultatas taip pat svarbus lyginamosios egzoplanetologijos raidai. Tyrimai pereina nuo atskirų planetų charakterizavimo prie trendų paieškos tarp populiacijų. Sisteminis ryšys tarp temperatūros, vėjų greičių ir indirektiškai įvertintų magnetinių laukų yra žingsnis link supratimo, kaip planetų magnetinės aplinkos keičiasi priklausomai nuo masės, sukimosi, sudėties ir žvaigždės aplinkos.
Eksperto įžvalga
Dr. Lena Ortiz, atmosferos fizikė iš Europos planetų instituto, nedalyvavusi tyrime, komentavo: "Naudoti vėjų matavimus kaip magnetizmo proxy yra sumanus sprendimas, nes tai pasinaudoja fizika, kurią galime stebėti dabar. Tačiau perspėjimas – sudėtingumas: atmosferos judėjimą formuoja daug veiksnių. Vis dėlto šis darbas pateikia testuojamą prognozę. Nauji stebėjimai, ypač apimantys planetas su plačiu temperatūrų spektru, arba sustiprins magnetinę interpretaciją, arba privers patobulinti mūsų modelius."
Ką daryti toliau
Magnetinio stabdymo patvirtinimui reikės daugiau duomenų. Kartojant vėjų matavimus platesnei karštųjų Jupiterių imčiai ir susiejant tuos duomenis su magnetohidrodinaminiais modeliais, galima susiaurinti laukų stiprumo ir geometrijos apribojimus. Papildomi metodai, tokie kaip žemo dažnio radijo signalų paieška dėl žvaigždės–planetos sąveikų arba aurorų emisijų paieška infraraudonojoje ir matomoje juostose, galėtų suteikti nepriklausomą patvirtinimą.
Apsvarstyti auroras prie pasikabinčių karštųjų Jupiterių vaizduotę užburia. Kaip ESO atstovė Bibiana Prinoth pažymėjo komentare apie naujus rezultatus, galima įsivaizduoti dangus, kuriuos įkrautos dalelės, vedamos magnetinių laukų, apšviečia viršutines atmosferas spalvotais uždangais, ant planetos, kurios pusė dienos, o pusė nakties. Šis vaizdas pabrėžia gilesnį teiginį: magnetiniai laukai formuoja planetų aplinkas ne tik kaip abstrakčius dydžius, bet ir lemia, ar atmosfera išlieka ir kaip ji elgiasi.
Išvados
Atranka, kad karštesni karštieji Jupiteriai gali turėti lėtesnius vėjus, pakeičia astronomų požiūrį į tolimų pasaulių tyrimus. Jei magnetiniai laukai iš tikrųjų stabdo atmosferos srautus, mes įgyjame vertingą, nors netiesioginį, metodą žemėlapiuoti magnetizmą už Saulės sistemos ribų. Kiti dešimtmečiai stebėjimų parodys, ar šie preliminarūs požymiai išsilaikys ir ar magnetizmas taps įprasta, įtakinga egzoplanetinių sistemų savybe.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą