Исследователи космоса

Для описания WASP-76b можно использовать множество слов: адский, палящий, неспокойный, хаотичный и даже жестокий. Это планета за пределами Солнечной системы, которая расположена так близко к своей звезде, что нагревается настолько, что испаряет свинец. Итак, как вы можете себе представить, до сих пор слово «славный» не входило в число этих слов.

Этот более позитивный дескриптор был добавлен в список совсем недавно, когда астрономы обнаружили намеки на нечто, называемое «славой», в атмосфере сверхгорячей экзопланеты Юпитер. Эффект славы, на который намекают данные миссии по поиску экзопланет Европейского космического агентства «Характеристика экзопланетного спутника» (CHEOPS), представляет собой радужное расположение разноцветных концентрических колец света, которые возникают только при особых условиях.

Этот эффект часто наблюдается над нашей планетой, а также в атмосфере нашей жестокой соседки Венеры, но ученые впервые наблюдают, как это происходит за пределами нашего космического соседства; WASP-76b находится на расстоянии 637 световых лет от нас.

Если подтвердится, что эффект происходит над WASP-76b, это может многое рассказать об этой странной и экстремальной экзопланете — мире, не похожем ни на что, что можно увидеть в нашей звездной сфере.

«Есть причина, по которой за пределами нашей Солнечной системы раньше не наблюдалось никакой славы – для этого требуются очень своеобразные условия», – заявил в своем заявлении Оливье Деманжон, руководитель группы и астроном Института астрофизики и космических наук в Португалии. «Во-первых, вам нужны атмосферные частицы, которые имеют почти идеальную сферическую форму, полностью однородны и достаточно стабильны, чтобы их можно было наблюдать в течение длительного времени. Ближайшая к планете звезда должна светить прямо на нее, а наблюдатель — здесь ХЕОПС — на расстоянии всего лишь правильная ориентация».

WASP-76b — это нечто большее, чем дождь из расплавленного железа

Обнаруженная в 2013 году WASP-76b расположена всего в 30 миллионах миль от своей родительской желтой звезды, масса которой примерно в 1,5 раза больше Солнца, а ширина — в 1,75 раза. Это расстояние составляет всего 12-ю расстояния между Солнцем и Меркурием, ближайшей к нашей звезде планетой.

В результате планета, которая примерно в 1,8 раза больше Юпитера , несмотря на то, что обладает лишь 92% массы газового гиганта, совершает оборот вокруг своей звезды всего за 1,8 земных дня. Эта близость также приводит к тому, что одна сторона WASP-76b, «дневная сторона», приливно прижата к своей звезде WASP-76. Другая сторона планеты, «ночная сторона», постоянно обращена в космос.

Поскольку дневная сторона WASP-76b подвергается воздействию радиации родительской звезды, температура там поднимается выше 4350 градусов по Фаренгейту (2400 градусов по Цельсию). Это достаточно горячо, чтобы испарить железо. Сильные и быстрые ветры на WASP-76b затем переносят пары железа на более прохладную ночную сторону планеты, где они конденсируются в капли и выпадают в виде железного дождя.

Намек на эффект славы над этой горячей экзопланетой является выдающимся достижением CHEOPS, запущенного в декабре 2019 года. Он иллюстрирует способность миссии обнаруживать тонкие, никогда ранее не наблюдавшиеся явления в далеких мирах.

ХЕОПС наблюдал WASP-76b почти два десятка раз в течение трех лет, пока ученые пытались понять странную асимметрию света, обнаруженную на внешних конечностях планеты, наблюдаемую, когда она пересекает или «проходит» по поверхности своей родительской звезды.

Эти наблюдения показали увеличение света, исходящего от восточной «линии терминатора» WASP-76b, раздела, где ночная сторона экзопланеты становится ее дневной стороной. Команда пришла к выводу, что такое резкое изменение светоотдачи вызвано сильным, локализованным и зависящим от направления отражением. Они называют это эффектом славы.

«Важно помнить о невероятном масштабе того, что мы наблюдаем», — сказал в своем заявлении Мэтью Стэндинг, научный сотрудник ЕКА, изучающий экзопланеты. «WASP-76b находится на расстоянии нескольких сотен световых лет от нас — очень горячая газовая планета-гигант, на которой, вероятно, идет дождь из расплавленного железа.

«Несмотря на хаос, похоже, мы обнаружили потенциальные признаки славы. Это невероятно слабый сигнал».

Что значит слава для WASP-76b?

Эффект славы может иметь вид радуги и красочный полосатый узор, но на самом деле он сильно отличается от настоящей радуги.

Радуга создается, когда солнечный свет переходит из среды с одной плотностью в другую среду с другой плотностью, обычно из воздуха в воду. Это приводит к тому, что путь света изгибается или «преломляется», и волны разной длины преломляются в разной степени. Таким образом, белый свет Солнца разделяется на последовательные цвета, образуя знакомую упорядоченную и красочную дугу радуги.

С другой стороны, эффект славы возникает, когда свет проходит через узкий зазор. На Земле таким зазором может быть, например, пространство между каплями воды в облаках. Это вызывает другую форму преломления, называемую «дифракция», которая происходит, когда свет проходит через препятствие или отверстие.

Когда световые волны разделяются, а затем воссоединяются, там, где пики встречаются с минимумами, возникает разрушительная интерференция. Но там, где пик встречается с пиком, возникает конструктивная интерференция. В результате образуются темные и светлые полосы соответственно и концентрические цветные кольца.

Так что же означает слава для WASP-76b?

Наличие этого явления в атмосфере сверхгорячего Юпитера указывает на наличие облаков, состоящих из капель воды идеальной сферической формы, которые либо существуют не менее трех лет, либо облаков, которые постоянно пополняются.

Если облака постоянны, это указывает на то, что температура атмосферы WASP-76b, хотя и устрашающая, должна оставаться стабильной с течением времени. Это захватывающее открытие, намекающее на стабильность в мире, который долгое время считался бесконечно неспокойным.

Результаты также показывают, что эксперты по экзопланетам могут исследовать далекие миры на предмет подобных световых явлений, включая отражение звездного света от жидких озер и океанов. Это то, что может иметь жизненно важное значение в продолжающемся поиске человечеством жизни за пределами Солнечной системы.

«Необходимы дополнительные доказательства, чтобы окончательно сказать, что этот интригующий «дополнительный свет» — редкая слава», — сказала Тереза Люфтингер, научный сотрудник предстоящей миссии ЕКА «Ариэль». «Последующие наблюдения с помощью прибора NIRSPEC на борту космического телескопа Джеймса Уэбба могли бы помочь. Или предстоящая миссия ЕКА «Ариэль» могла бы доказать его присутствие. Мы могли бы даже найти более великолепно раскрывающие цвета, сияющие на других экзопланетах».

Для Деманжена это потенциальное наблюдение подтверждает постоянный интерес к исследованию адского мира Wasp-76b.

«Я участвовал в первом обнаружении асимметричного света, исходящего от этой странной планеты, и с тех пор мне очень интересно узнать причину», — заключил ученый ЕКА. «Чтобы добраться сюда, потребовалось некоторое время, были моменты, когда я спрашивал себя: «Почему ты настаиваешь на этом? Возможно, было бы лучше заняться чем-то другим со своим временем».

«Но когда эта функция появилась из данных, это было такое особенное чувство – особое удовлетворение, которое случается не каждый день».

Это затмение называют "Великим Американским Затмением". Можно догадаться почему. Зона его видимости — североамериканский континент. За незначительным исключением, нигде на суше, кроме США, Канады, Мексики и нескольких стран центральной Америки, затмение не видно.

Да — в зоне видимости будет еще акватория Тихого и Атлантического океанов, ряд островов расположенных в них, Гренландия и самый краешек северной Европы — совсем уже на излете (во время захода Солнца и в очень малых фазах). Но если говорить о полосе полной фазы, в которой для наблюдателей Солнце затмится Луною совершенно, наступят густые сумерки, и на небе вспыхнут самые яркие звезды и планеты, то она коснется лишь трех стран: Мексики, США и Канады.

Одно то, что это затмение полное, делает его уникальным явлением. Дело в том, что в среднем угловой размер Луны несколько меньше углового размера Солнца. Поэтому, чаще случаются кольцеобразные солнечные затмения — когда Луна проходит на фоне Солнца, оставляя неприкрытым тонкий, но очень яркий ободок дневного светила. При этом темнота не наступает, звезды в небе не появляются. Если не смотреть в небо и не щуриться на все еще очень яркое Солнце, можно подумать, что — просто облачко налетело.

Как можно заметить из карты видимости ближайших к настоящему моменту солнечных затмений, не всем странам везет на них одинаково. До 2040 года на территории России, например, будет хорошо наблюдаться только кольцеобразное затмение, а Австралии каким-то образом выпало 5 полных затмений, из которых одно относится к редкому типу гибридных затмений (они начинаются где-то на Земле как кольцеобразное, но в какой-то момент становятся полными, а заканчиваются опять кольцеобразными фазами).

Обнаруженная несправедливость связана в первую очередь с довольно сложным движением Луны. Это только в первом приближении Луна вращается вокруг Земли по замкнутой круговой орбите — как это иной раз рисуют в книжках или на страницах сайтов сети Интернет. Первое, что разрушает примитивное представление о возможных взаимных положениях Земли и Луны, так это то, что орбита Луны не лежит с орбитой Земли в одной плоскости. Угол наклона лунной орбиты к плоскости эклиптики непрерывно меняется, но в среднем составляет около 5 с небольшим градусов. Этого вполне достаточно, чтобы Луна во время новолуния проходила на 5 градусов севернее или южнее Солнца. При видимом размере Луны в 1/2 градуса, этого вполне хватает, чтобы затмения не случалось — на подавляющем большинстве возможных положений Луны на её орбите.

Если две плоскости не совпадают, и не параллельны друг другу, обязательно должна быть линия их пересечения. Эта линия называется линия узлов. Она соединяет два лунных узла — две абстрактные точки на лунной орбите (а лунная орбита — это тоже абстракция, но с ней понимание дается проще), в которых Луна пересекает плоскость земной орбиты. Вблизи этих точек затмения возможны. И если новолуние случается вблизи лунного узла, то случается и затмение — полное, кольцеобразное или же просто частное солнечное затмение, если новолуние случилось чуть дальше от узлов, чем это требуется для полного или кольцеобразного затмений.

Луна делает оборот по своей орбите за 27,5 суток, а орбита её как будто стоит на месте — в первом приближении. Поэтому, если одна пара затмений (солнечное и лунное) случаются, например, весной (как в этом году, например: 25 марта — лунное полутеневое, 8 апреля — солнечное полное), то следующая пара затмений будет осенью (18 сентября 2024 — лунное частное теневое, 2 октября 2024 — солнечное кольцеобразное). Это — довольно жесткое расписание. Отменить/изменить его ничто не способно.

Но мы же знаем, что затмения случаются и летом, и зимой. Оказывается, хоть и медленно, линия узлов совершает вращательное движение, делая один оборот по всей эклиптике за 18 с небольшим лет. По завершении этого цикла, который еще античные греки называли "Сарос", взаимное расположение Солнца, Земли и Луны в довольно высокой степени точности повторяется, что давало возможность предсказания солнечных и лунных затмений еще в Древнем Египте и Китае — за 5 тысяч лет до нас, без глубоких знаний в области небесной механики.

Астрономы и сейчас используют это понятие, нанизывая на него целые секвенции затмений, в рамках которых предстоящее солнечное затмение 8 апреля 2024 года является повторением полного солнечного затмения от 29 марта 2006 года (которое, возможно, кто-то из вас хорошо помнит, потому что полоса его видимости проходила по территории России и даже идеально накрыла вершину Эльбруса, что дало возможность провести совершенно уникальные наблюдения). А следующее затмение этого же 139 сароса (вот так астрономы называют цепочки условно "связанных" затмений) случится 20 апреля 2042 года.

Как можно заметить, даже в рамках повторения через сарос, затмения не случаются в те же даты точно. Есть сдвижка на несколько дней (10, 11 или 12), потому что сарос не равен целому количеству лет. Более того, в нем еще и не целое количество суток, поэтому следующее в саросе затмение обязательно произойдет на другом континенте со смещением по долготе примерно на 120 градусов (может и просто в океане случиться).

Но и это — не все отличия

Например, предыдущее в этом саросе затмение имело максимальную продолжительность полной фазы 4 минуты 7 секунд, что вообще-то довольно много для полных затмений. Но данное затмение его по продолжительности превзойдет — 4 минуты 28 секунд. А следующее затмение 139-го сароса будет еще продолжительнее — 4 минуты 51 секунда.

Как можно заметить, пока в этом саросе продолжительности полных фаз идут по нарастающей.

До какого предела такое возможно?

Пика продолжительности достигнет далекое от нас солнечное затмение 16 июля 2186 года, когда длительность полной фазы составит 7 минут 29 секунд. И это станет самым продолжительным солнечным затмением — не только в этом саросе, но и во всех письменной истории человечества, насчитывающей несколько тысяч лет.

После него продолжительность затмений в 139 саросе начнет сокращаться, и 26 марта 2601 года случится последнее полное затмение в этом саросе — с продолжительностью полной фазы всего в 35 секунд. Следующие 9 затмений окажутся частными. Затем цепочка прерывается. Всего 139-й сарос насчитывает 71 затмение, и охватывает временной промежуток 1262 года. На смену этому саросу приходит новый, тоже начинающийся с незначительных частных затмений, но к концу первого их десятка затмения становятся уже полными или кольцеобразными, хоть и не очень продолжительными. К середине сароса продолжительность полной фазы достигает максимума, а потом все повторяется зеркальным образом, и сходит на нет.

Откуда берутся такие волны?

Одна из причин в том, что помимо лунных узлов на лунной орбите есть еще пара важных точек. Это точки перигея и апогея — ближайшая к Земле точка лунной орбиты, и наиболее от Земли удаленная. Вместе они образуют так называемую “Линию апсид”. И она - о ужас - тоже вращается (прецессирует), но со своим отдельным периодом 8 лет и 10 месяцев. И за один сарос линия апсид успевает совершить два оборота.

Но это не точно

И стоит добавить, что сами по себе перигейное и апогейной расстояние тоже с течением времени несколько меняются. Но это “дыхание” Лунной - еще более сложноучитываемый фактор.

Примерно 60% возможных положений Луны на своей орбите (в контексте удаленности от Земли и следующих из этого видимых размеров нашего естественного спутника) могли бы дать кольцеобразные затмения. И лишь 40% потенциально соответствуют полным. Для достижения максимальной продолжительности полной фазы затмения, Луне во момент новолуния требуется оказаться не только вблизи узла своей орбиты, но и вблизи перигея.

И, о чудо! Это почти произошло

Луна прошла перигей орбиты всего за сутки до затмения. И это обстоятельство делает затмение 8 апреля 2024 года очень продолжительным. 4 с половиной минуты — это для полного солнечного затмения очень много.

Наблюдатели порой отправляются на другой континент ради гораздо более скоротечных затмений — всего в 1 или 2 минуты длительностью. А тут вдруг более 4 минут, да еще так удобно пролегающих — по одной из самых цивилизованных территорий Земного шара, с отличной транспортной доступностью всех локаций, и с хорошим астроклиматом.

Вот поэтому, данное затмение и называют "Великим"

На этом его достоинства не заканчиваются.

Это затмение попало буквально в максимум текущего цикла солнечной активности. А когда солнце активно, его корона творит чудеса — она протяженна и очень структурна, что наверняка будет отражено на астрофотоснимках полной фазы. Между максимумами корона не представляет такого феерического зрелища, хотя тоже интересна для ученых. Но любителям подавай нечто восхитительное. И оно ожидается в этот раз именно таковым.

Отдельным бонусом к этому затмению прилагается комета Понса-Брукса, которая окажется всего в 25 градусах от затмившегося Солнца, и вероятнее всего будет на пике своей яркости. Буквально накануне комета вновь претерпела вспышку — поярчала на целую звездную величину. Кто знает, вдруг она будет видна невооруженным глазом во время полной фазы затмения? Это, хоть и вряд ли будет доступно всем наблюдателям (скорее всего — только самым глазастым), но и не исключено. И наверняка это удастся заснять.

Кроме того, в небе затмения будут сиять довольно яркие планеты — Венера и Юпитер. Глазом они видны без труда. С некоторым трудом, возможно, удастся увидеть в пике темноты полной фазы Сатурн и Марс. Меркурий, который неизменно сопутствует Солнцу, в этот раз очень слаб — около 5-й звездной величины. Увидеть его во время затмения глазом, увы, не представляется возможным.

И конечно, такие яркие звезды зимнего неба, как Капелла, Альдебаран, Сириус, Ригель, Бетельгейзе, Беллатрикс, Процион, Кастор, Поллукс и даже Фомальгаут (!) полным своим ансамблем украсят небо затмения. Ни в какой другой сезон небо затмения не может быть столь звездным, как весной.

В завершении сообщу, что ближайшие полные солнечные затмения, видимые с территории России окажутся труднонаблюдаемым. 12 августа 2026 года, 30 марта 2033 года и 9 апреля 2043 года лунная тень затронет лишь северо-восточный регион — Камчатку, Чукотку и что-то в этом направлении. Их продолжительность едва ли превысит 2 минуты, и наблюдаться все три затмения будут очень низко над горизонтом. Рассматривать их как цель астротуризма нет никакого смысла. А ближайшее полное солнечное затмение с благоприятными условиями наблюдения с территории России (либо — в непосредственной близости от её границ) случится лишь 30 апреля 2060 года.