Astronomi pirmoreiz tieši novērojuši mainīgus laikapstākļus ārpus Saules sistēmas — uz ārkārtīgi aukstā objekta WISE 0855 ūdens mākoņi laika gaitā kļūst biezāki un plānāki. Šis brūnais punduris atrodas aptuveni 7,5 gaismas gadu attālumā no Zemes.

11 stundu novērojumi ar Džeimsa Veba teleskopu

Pētījumu vadīja Britānija Mailsa no Arizonas Universitātes Stjuarda observatorijas. Komanda ar Džeimsa Veba kosmisko teleskopu WISE 0855 novēroja 11 stundas, ik pēc 15 minūtēm iegūstot tā spektru.

Šāda bieža mērījumu veikšana ļāva pētniekiem nošķirt mainīgu mākoņu klājumu no gāzēm, kas paceļas no dziļākiem atmosfēras slāņiem. Veba vidējas izšķirtspējas spektrogrāfs izsekoja pārmaiņas atsevišķās molekulu pazīmēs, tādējādi atdalot atmosfēras signālus, kas iepriekšējos novērojumos saplūda vienā.

WISE 0855 atrodas uz robežas starp brūnajiem punduriem un milzu planētām. Brūnajiem punduriem nav pietiekamas masas, lai aizdegtu zvaigznēm raksturīgās kodolreakcijas, tāpēc tie izstaro vāju gaismu, ko rada pēc veidošanās saglabājies siltums.

WISE 0855 masa ir aptuveni divreiz lielāka par Jupitera masu, bet izmērs — gandrīz tāds pats kā Jupiteram. Tas objektam piešķir brīvi klejojošas milzu planētas izskatu. Tā temperatūra ir aptuveni 265 kelvini jeb 17°F, padarot to par aukstāko zināmo brūno punduri.

“Šī ir pirmā reize, kad esam spējuši apstiprināt, ka ūdens mākoņi uz tuvumā esošas pasaules kļūst plānāki un biezāki,” sacīja Arizonas Universitātes pētniece Britānija Mailsa.

“Pirms JWST mums bija tikai fotometrija, kas kopā sajauca mākoņu, ķīmijas un temperatūras ietekmi. Tagad mēs varam tās faktiski nošķirt,” viņa piebilda. Objektam rotējot, redzeslokā nonāk reģioni ar atšķirīgu mākoņu klājumu un temperatūru.

Mākoņi un gāzes mainās vienlaikus

Novērojumi atklāja vismaz divus procesus, kas norisinās vienlaikus. Augstu atmosfērā ūdens mākoņi mainīja biezumu, savukārt konvekcija nogādāja ķīmiskās gāzes no dziļākiem slāņiem augšup.

Papildus temperatūras pārmaiņām, kas saistītas ar objekta rotāciju, instruments konstatēja ritmisku, viļņveidīgu signālu, kas saistīts ar oglekļa monoksīdu un fosfīnu. Siltums brūnā pundura iekšienē virza šīs gāzes augšup, savienojot dziļo atmosfēru ar slāņiem, kurus astronomi var novērot.

Līdzīgs process notiek uz Jupitera, kur konvektīva sajaukšanās no karstajiem, dziļajiem slāņiem nogādā gāzes redzamajā atmosfērā. Šo parādību dēvē par nesabalansētu ķīmiju. Tā jau iepriekš novērota brūnajos punduros, taču tās izmaiņu izsekošana reāllaikā, atsevišķu molekulu līmenī, sniedz papildu informāciju.

“Mēs redzam, kā ūdens mākoņi kļūst biezāki un plānāki, kā dziļās gāzes paceļas un nolaižas, un mēs patiešām varam vērot, kā tas notiek reāllaikā,” sacīja Mailsa.

Iespēja labāk izprast gāzu milzu planētas

Pētījuma rezultāti var palīdzēt izprast arī citu debess ķermeņu atmosfēras. Mākoņi, konvekcija un ķīmiskie procesi sasaista WISE 0855 uzvedību ar procesiem, kas notiek uz Jupitera.

“Lai gan brūnie punduri nav īstas planētas, tiem piemīt planētām raksturīga uzvedība,” sacīja Mailsa. Šīs līdzības varētu palīdzēt pētniekiem interpretēt gāzu milzu eksoplanētas, ko ar Veba teleskopu novēro ārpus Saules sistēmas, lai gan atsevišķās pasaules savā starpā atšķiras.

Mailsa plāno veikt papildu novērojumus ar ilgāku sākotnējo laika bāzi, lai precizētu WISE 0855 rotāciju un tā atmosfēras trīsdimensiju kustību. Ilgāka monitorēšana varētu palīdzēt skaidrāk noteikt, kā objekta mākoņi un gāzes mainās savstarpēji.

Pētījums pieejams arXiv priekšpublikāciju serverī, un tas pieņemts publicēšanai žurnālā The Astrophysical Journal.