Ураган от звёздного удара

На сегодняшний день астрономам известны уже более 300 планет, обращающихся вокруг далёких звёзд. Поиски продолжаются, и не зря – среди множества далёких миров находятся настолько причудливые, что рассказ об их повседневной жизни превращается в героическую легенду. Среди всех легенд происходящее с планетой HD 80606b более всего напоминает легенду об Икаре, слишком близко подобравшемся к Солнцу.

Планета HD80606b была открыта в 2001 году по спектроскопическим наблюдениям её центральной звезды – HD 80606. Поскольку звезда и планета на деле обращаются вокруг общего центра масс, то для астрономов на Земле звезда как будто колышется вперёд-назад, и эти колебания отражаются в измеренной по спектру лучевой скорости. Сама HD 80606 расположена примерно в 190 световых годах в направлении на созвездие Большой Медведицы и очень похожа на Солнце. В отличие от Солнца, правда, у неё есть звезда-спутник HD 80607, находящийся от HD 80606 примерно вдвое дальше, чем Нептун от Солнца. А вот планета, которая крутится вокруг HD 80606, ни на одну из планет Солнечной системы не похожа.

Этот газовый гигант массой минимум в 4 массы Юпитера движется по невероятно вытянутой орбите с эксцентриситетом 0,93; возможно, так вытянуло орбиту именно взаимодействие со второй звездой системы. В апоастре (самой далёкой точке орбиты), где планета проводит больше всего времени, HD 80606b оказывается примерно на том же расстоянии от звезды, что Земля – от Солнца. Поскольку и сама звезда похожа на наше светило, то, обращайся этот «супер-Юпитер» по круговой орбите на таком расстоянии, температурный режим был бы похож на земной, а на спутниках гиганта была бы возможной жизнь.

Но не тут-то было. Достигнув апоастра, HD 80606b начинает стремительное «падение» в сторону своего светила и через 55 (земных) дней проносится менее чем в 4 миллионах километров от поверхности звезды.

За это время расстояние до звезды меняется почти в 30 раз, и в такое же число раз вырастает видимый размер светила – при прохождении периастра (ближайшей точки орбиты) оно занимает чуть не полнеба. При этом поток энергии, в котором купается планета, вырастает в 800 с лишним раз! Всё повторяется с орбитальным периодом в 111 дней и 10 часов.

Понятно, что такие приключения должны отражаться на погоде этого небесного тела. Чтобы разобраться, как именно, американские учёные под руководством Грегори Лофлина из Калифорнийского университета в Санта-Крузе «зафрахтовали» у NASA инфракрасный космический телескоп имени Лаймана Спитцера и в течение суток с небольшим следили за тем, как планета проносится мимо своей центральной звезды. Результаты этих наблюдений опубликованы в последнем номере Nature.

Конечно, саму планету астрономы не видели – для этого даже у самых современных телескопов кишка тонка. Лофлин и его коллеги измеряли общий поток инфракрасного излучения от системы «звезда+планета» на длине волны в 8 микрон. На таких длинных волнах излучение звезды уже послабее, чем в оптическом диапазоне, а вот свечение нагретой атмосферы планеты, наоборот, максимально. Однако и этот максимум ничтожно мал в сравнении с излучением звезды – Лофлин и его коллеги совершили маленький научный подвиг, измеряя отклонения от среднего потока энергии с точностью в сотые доли процента.

Поскольку орбита планеты известна по спектрометрическим наблюдениям, то момент очередного пролёта рядом со звездой можно точно предсказать заранее (следующий, к примеру, случится через 2 недели, 14 февраля). Именно в такое время в ноябре 2007 года учёные и измеряли свет планеты. До пролёта периастра поток энергии оказался чуть ниже, после – чуть выше. Это планета нагрелась и начала ярче светить.

Обработка наблюдений принесла совершенно неожиданный результат. Мало того, что удалось увидеть так называемое вторичное затмение – крохотное падение блеска системы в тот момент, когда планета оказывается за диском звезды.

Оказалось, что HD 80606b греется невероятно быстро – всего за 6 часов её температура «скакнула» примерно с +500 до +1200 градусов по Цельсию, почти вдвое по естественной шкале Кельвина.

Земной атмосфере, при прочих равных условиях, потребовалось бы несколько дней, чтобы нагреться до такой же степени. Этот результат очень важен для специалистов по планетным атмосферам, которым приходится закладывать скорость реакции на нагрев в свои модели. Измерить эту величину у других «горячих юпитеров» вряд ли получится – они, как правило, движутся по круговым орбитам, а на таких орбитах приливное воздействие звезды на планету синхронизует обращение планеты вокруг светила и вращение вокруг своей оси. Планета в итоге крутится вокруг своего солнца, глядя на него одной и той же стороной (как Луна на Землю), а крупномасштабные течения тепла и вещества в атмосфере оказываются стационарными.

В случае с HD 80606b никакой стационарности нет. Даже её вращение и орбитальное движение не синхронизованы – скорость движения приливных горбов по поверхности планеты сильно меняется от одной точки орбиты к другой. Если вращение планеты с чем и синхронизовано, так это с её орбитальной скоростью в периастре, где приливное взаимодействие сильнее всего; из-за этого сутки на HD 80606b, скорее всего, длятся 40 часов 40 минут.

Синхронизация с периастральной скоростью означает, кстати, что в момент максимального сближения со звездой светило останавливает свой суточный бег по небу планеты. И при этом продолжает увеличиваться – как боксёрский кулак в лицо в замедленной съёмке. Зрелище, наверное, страшное.

Такой «солнечный удар» не проходит планете даром, как видно в видеоролике, сопровождающем эту заметку. Согласно модели того же Грегори Лофлина и его коллеги по Санта-Крузу Джонатана Лэнгтона,

быстрый разогрев планеты производит на её атмосферу действие, чем-то похожее на эффект ядерного взрыва.

Температура в подсолнечной точке увеличивается так быстро, что тепло не успевает расходиться по планете естественным образом. Возникает ударная волна, за расширяющимся фронтом которой скорость ветра достигает 5 км/с – это выше скорости звука. Меньше чем за сутки волна обегает планету, полностью перелопатив движение воздушных масс в её атмосфере. Согласно модели, силы Кориолиса, возникающие из-за вращения планеты, закручивают ударную волну, превращая её в гигантские вихри в двух полушариях планеты. И в этих вихрях бурлит газ, нагретый почти до тысячи градусов по Цельсию, постепенно высвечивая свою энергию в окружающее пространство.

Со временем вихри постепенно затихают. Но бег планеты по орбите не остановить, и ровно через 111 дней и 10 часов история повторяется.