Почему на некоторых планетах образуются песчаные облака?
AstroNews.ru - 08 Июля 2022 12:27:59
Большинство облаков на Земле состоят из воды, но за пределами нашей планеты они имеют множество химических разновидностей. Например, верхняя часть атмосферы Юпитера покрыта облаками желтого цвета, состоящими из аммиака и гидросульфида аммония. А в мирах за пределами нашей Солнечной системы есть облака, состоящие из силикатов - семейства камнеобразующих минералов, из которых состоит более 90% земной коры. Но ученым до сих пор не удавалось запечатлеть условия, в которых формируются эти облака из мелких пылевых зерен.
Новое исследование показывает диапазон температур, при которых силикатные облака могут формироваться и быть видимыми в верхней части атмосферы далекой планеты. Этот вывод был сделан на основе наблюдений космического телескопа НАСА Spitzer за коричневыми карликами - небесными телами, которые находятся между планетами и звездами, но он вписывается в более общее понимание того, как устроены атмосферы планет.
«Понимание атмосфер коричневых карликов и планет, где могут формироваться силикатные облака, может также помочь нам понять, что мы увидим в атмосфере планеты, которая по размеру и температуре ближе к Земле», - сказал Станимир Метчев, профессор по изучению экзопланет в Западном университете в Лондоне, Онтарио, и соавтор исследования.
Шаги по созданию любого типа облака одинаковы. Во-первых, нагрейте ключевой ингредиент до тех пор, пока он не превратится в пар. При правильных условиях этим ингредиентом может быть множество веществ, включая воду, аммиак, соль или серу. Поместите его в ловушку, охладите настолько, чтобы он сконденсировался, и вуаля - облака! Конечно, камень испаряется при гораздо более высокой температуре, чем вода, поэтому силикатные облака видны только на горячих мирах, таких как коричневые карлики, использованные для данного исследования, и некоторые планеты за пределами нашей Солнечной системы.
Хотя они формируются подобно звездам, коричневые карлики недостаточно массивны, чтобы запустить термоядерный синтез - процесс, который заставляет звезды светиться. Атмосферы многих коричневых карликов почти неотличимы от атмосфер планет с преобладанием газа, таких как Юпитер, поэтому их можно использовать в качестве косвенных признаков этих планет.
До этого исследования данные Spitzer уже указывали на наличие силикатных облаков в атмосферах нескольких коричневых карликов. Эта работа проводилась в течение первых шести лет миссии Spitzer (запущенной в 2003 году), когда на телескопе работали три инструмента с криогенным охлаждением. Однако во многих случаях доказательства наличия силикатных облаков на коричневых карликах, наблюдаемых Spitzer, были слишком слабыми.
В рамках последнего исследования астрономы собрали более 100 таких незначительных обнаружений и сгруппировали их по температуре коричневого карлика. Все они попали в предсказанный диапазон температур, при которых должны формироваться силикатные облака: от около 1 000° C до 1 700° C. Хотя отдельные обнаружения являются незначительными, вместе они показывают окончательный признак силикатных облаков.
В атмосферах, более горячих, чем верхняя граница диапазона, определенного в исследовании, силикаты остаются в виде пара. Ниже минимального предела облака превращаются в дождь или опускаются ниже в атмосферу, где температура выше.
На самом деле, исследователи считают, что силикатные облака существуют глубоко в атмосфере Юпитера, где температура намного выше, чем вверху, благодаря атмосферному давлению. Силикатные облака не могут подниматься выше, потому что при более низких температурах силикаты затвердевают и не сохраняются в виде облаков. Если бы верхняя часть атмосферы была на тысячи градусов горячее, облака аммиака и гидросульфида аммония испарились бы, а силикатные облака могли бы подняться наверх.
Ученые находят все более разнообразные планетарные среды в нашей галактике. Например, они обнаружили планеты, одна сторона которых постоянно обращена к своей звезде, а другая постоянно находится в тени - планеты, где облака разного состава могут быть видны в зависимости от наблюдаемой стороны. Чтобы понять эти миры, астрономам сначала нужно понять общие механизмы, которые формируют их.