Це відкриття розповідає вченим про різноманітність матеріалів, що формують планетарне середовище, ґрунтуючись на даних інструменту MIRI, яким керує Лабораторія реактивного руху NASA (JPL).
Дослідники за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба НАСА виявили докази наявності нанокристалів кварцу у висотних хмарах WASP-17 b, гарячої екзопланети у 1300 світлових роках від Землі. Виявлення, яке стало можливим виключно за допомогою камери MIRI (Mid-Infrared Instrument) Вебба, знаменує перший випадок, коли частинки кремнезему (SiO2) були виявлені в атмосфері екзопланети.
«Ми були в захваті!», — сказав Девід Грант, дослідник із Брістольського університету у Великій Британії та перший автор статті, опублікованої сьогодні в Astrophysical Journal Letters. «Зі спостережень Хаббла ми знали, що в атмосфері WASP-17 b мають бути аерозолі — крихітні частинки, що становлять хмари або серпанок, але ми не очікували, що вони складаються з кварцу».
Сілікати (мінерали, багаті кремнієм і киснем) складають більшу частину Землі та Місяця, а також інших кам'янистих об'єктів у нашій Сонячній системі та надзвичайно поширені по всій галактиці. Але силікатні зерна, раніше виявлені в атмосферах екзопланет та коричневих карликів, мабуть, складаються з багатих на магній силікатів, таких як олівін і піроксен, а не тільки з кварцу, який є чистим SiO2.
Результат спостережень команди, до якої також входять дослідники з Дослідницького центру Еймса НАСА та Центру космічних польотів імені Годдарда НАСА, вносить новий поворот у розуміння того, як формуються та розвиваються хмари екзопланет. «Ми цілком очікували побачити силікати магнію», — сказала співавтор Ханна Уейкфорд, також з Брістольського університету. «Але замість цього ми бачимо, швидше за все, будівельні блоки цих крихітних «зародкових» частинок, необхідних для формування більших силікатних зерен, які ми виявляємо на холодніших екзопланетах та коричневих карликах».
WASP-17 b з обсягом більш ніж у сім разів більшим за Юпітер і масою менше половини Юпітера є однією з найбільших і найпухших відомих екзопланет. Поряд з коротким періодом обігу всього в 3,7 земних дня, це робить планету ідеальною для трансмісійної спектроскопії: методу, який включає вимірювання ефектів фільтрації та розсіювання атмосфери планети в зоряному світлі.
Вебб спостерігав за системою WASP-17 майже 10 годин, зібравши понад 1275 вимірів яскравості середнього інфрачервоного світла розміром від 5 до 12 мікрон, коли планета перетинала свою зірку. Віднімаючи яскравість окремих довжин хвиль світла, які досягли телескопа, коли планета перебувала перед зіркою, з яскравості самої зірки, команда змогла обчислити кількість кожної довжини хвилі, яка блокується атмосферою планети.
В результаті виникла несподівана «випуклість» розміром 8,6 мікрон, особливість, на яку не можна було б очікувати, якби хмари складалися з силікатів магнію або інших можливих високотемпературних аерозолів, таких як оксид алюмінію, але яка має сенс, якщо вони складаються із кварцу.
Кристали, хмари та вітри
За формою ці кристали, ймовірно, схожі на загострені шестикутні призми, кожен із них має діаметр всього близько 10 нанометрів – одну мільйонну частину 1 сантиметра.
На відміну від мінеральних частинок, виявлених у хмарах на Землі, кристали кварцу, виявлені у хмарах WASP-17 b, не піднімаються з кам'янистої поверхні. Натомість вони виникають у самій атмосфері. «WASP-17 b дуже гаряча — близько 1500 градусів за Цельсієм — і тиск, при якому вони формуються високо в атмосфері, становить лише одну тисячну від того, що ми відчуваємо на поверхні Землі», — пояснив Грант. «У цих умовах тверді кристали можуть утворюватися безпосередньо з газу, минаючи спочатку рідку фазу».
Розуміння того, з чого складаються хмари, має вирішальне значення для розуміння планети загалом. Гарячі планети, такі як WASP-17 b, складаються в основному з водню та гелію з невеликою кількістю інших газів, таких як водяна пара (H2O) та вуглекислий газ (CO2). «Якщо ми враховуватимемо лише кисень, який знаходиться в цих газах, і нехтуємо включенням усього кисню, що міститься в мінералах, таких як кварц (SiO2), ми значно недооцінимо загальний вміст», — пояснила Вейкфорд. «Ці красиві кристали кремнезему розповідають нам про наявність різних матеріалів і про те, як вони всі збираються разом, формуючи довкілля цієї планети».
Важко визначити, скільки саме там кварцу та наскільки поширені хмари. «Хмари, ймовірно, присутні вздовж переходу дня і ночі (термінатора), який є областю, яку досліджують наші спостереження», — сказав Грант. Враховуючи, що планета припливно-відливно пов'язана з дуже гарячою денною стороною і більш прохолодною нічною стороною, цілком ймовірно, що хмари циркулюють навколо планети, але випаровуються, коли досягають гарячішої денної сторони. «Вітри можуть переміщати ці крихітні скляні частинки зі швидкістю тисячі миль на годину».
