Планети, про які йдеться, ніколи не показують своєму сонцю нічний бік. Вони обертаються настільки близько до зірок, що приливні сили зупинили їхнє обертання відносно орбіти — так само, як Місяць завжди повернутий до Землі одним боком. Результат — світ із вічним днем і вічною ніччю на протилежних півкулях, розділених різницею температур у сотні і тисячі градусів.
Саме на семи таких «надгарячих юпітерах» команда астрономів під керівництвом Джулії Сайдел з Обсерваторії Лазурного берега (Франція) виміряла швидкість атмосферних вітрів. Мета була суто метеорологічна — зрозуміти циркуляцію газу в екстремальних атмосферах. Але отримані дані привели до відкриття, якого ніхто не планував: перших надійних натяків на магнітні поля світів за межами Сонячної системи.
Як вимірюють вітер за тисячі світлових років
Виміряти швидкість вітру на планеті, яку неможливо навіть побачити безпосередньо, — задача не з тривіальних. Команда скористалася спектрографами MAROON-X на телескопі Gemini North (Гаваї) та ESPRESSO на Дуже великому телескопі ESO (Чилі).
Ці інструменти фіксують світлову «сигнатуру» окремих хімічних елементів в атмосфері планети — і те, як ця сигнатура зміщується залежно від фази орбіти. Зміщення видає рух газу: так само, як зміна тону сирени швидкої допомоги видає її швидкість і напрямок.
Метод спрацював переконливо. Виміряні швидкості вітру виявилися колосальними — від 7 200 до понад 25 000 км/год. Для порівняння: найпотужніші вітри на Юпітері в Сонячній системі не перевищують приблизно 1 500 км/год. Причина в самій природі надгарячих юпітерів: різниця температур між розпеченим денним боком і крижаною ніччю жене газ через атмосферу з надзвуковою швидкістю.
Гарячіша планета — повільніший вітер
Саме тут виявилася аномалія. Дослідники зіставили швидкість вітру з температурою кожної планети — і побачили залежність, зворотну до очікуваної.
Це абсолютно суперечить здоровому глузду, адже за інших рівних умов гарячі планети мають більше енергії для прискорення вітрів. Щось повинно гальмувати швидкість вітру на гарячіших об'єктахVivien Parmentier, Laboratoire Lagrange, Université Côte d'Azur
Більше тепла мало б означати сильніший перепад тиску і, відповідно, швидший вітер. Натомість найгарячіші з семи планет демонстрували найповільніші вітри. Команді потрібно було пояснення, яке працює саме в протилежному напрямку — гальмує рух газу тим сильніше, чим гарячіша планета.
Магнітне поле як невидиме гальмо
Найбільш узгоджене з даними пояснення — присутність магнітного поля планетарного масштабу. В атмосферах надгарячих юпітерів газ частково іонізований: високі температури вибивають електрони з атомів, перетворюючи частину атмосфери на плазму. А магнітне поле діє на заряджені частинки як гальмо, сповільнюючи їхній рух.
Що гарячіша планета, то сильніша іонізація — і то потужніший гальмівний ефект магнітного поля. Це узгоджується зі спостереженою закономірністю і дозволило команді вперше оцінити силу магнітних полів планет за межами Сонячної системи, виходячи не з прямого вимірювання самого поля, а з його впливу на рух газу.
Отримані значення виявилися порівнянними з полями планет-гігантів Сонячної системи: приблизно вчетверо сильніші за поле Сатурна і вдвічі слабші за поле Юпітера.
Чому магнітне поле — це питання виживання атмосфери
Магнітне поле Землі — не абстракція для підручників фізики, а щит, який відхиляє потік заряджених частинок від Сонця і не дає йому здирати атмосферу. Без цього щита планета поступово втрачає повітря й воду в космос.
Цей прорив відкриває цілком нове вікно в дослідженні екзопланет. Це перший випадок, коли ми можемо порівняти магнітні середовища інших світів — ключовий крок до розуміння того, які планети здатні втримати життя, зберегти воду і, можливо, колись підтримувати життя в тому вигляді, який ми знаємоJulia Seidel, Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d'Azur
Дослідники також зазначають, що потужні магнітні поля таких планет можуть породжувати не лише вітри, а й полярні сяйва — імовірно, значно яскравіші й драматичніші за земні, оскільки заряджені частинки там взаємодіють з екстремально гарячою й іонізованою атмосферою.
Результати опубліковані в журналі Nature Astronomy. Це перший випадок, коли астрономи змогли непрямо оцінити силу магнітного поля планет за межами Сонячної системи — метод, який відкриває шлях до систематичного вивчення того, які світи здатні утримувати атмосферу і воду достатньо довго для потенційної придатності до життя.
