Астрономы создали первую в истории трёхмерную карту экзопланеты, расположенной за пределами нашей Солнечной системы. Это достижение позволило выявить на ней отдельные температурные зоны, включая область, настолько горячую, что в ней распадается водяной пар. Результаты исследования были опубликованы 28 октября 2025 года в журнале Nature Astronomy.
Исследование, возглавляемое учёными из Университета Мэриленда (UMD) и Корнеллского университета, детально описывает распределение температур на WASP-18b – массивном газовом гиганте, классифицируемом как «ультрагорячий Юпитер». Эта экзопланета находится на расстоянии 400 световых лет от Земли. Команда использовала метод, известный как трёхмерное затменное картирование, или спектроскопическое затменное картирование, применив его впервые для создания полноценной 3D-карты температур. Эта работа развивает предыдущие исследования, в частности, 2D-карту затмений, выпущенную той же группой в 2023 году на основе высокочувствительных наблюдений, полученных с помощью космического телескопа НАСА James Webb (JWST).
Меган Вайнер Мэнсфилд, доцент астрономии в UMD и один из ведущих авторов статьи, подчёркивает: «Этот метод является фактически единственным, позволяющим исследовать все три измерения одновременно: широту, долготу и высоту. Это даёт нам беспрецедентный уровень детализации для изучения этих небесных тел».
Подобный подход открывает перед учёными возможность начать картирование атмосферных различий на множестве экзопланет, доступных для наблюдения JWST. Это напоминает то, как наземные телескопы в своё время документировали Большое Красное Пятно Юпитера и его облачные пояса.
Райан Чалленер, научный сотрудник Корнеллского университета и соавтор статьи, поясняет: «Затменное картирование позволяет нам получать изображения экзопланет, которые мы не можем видеть напрямую, поскольку их родительские звёзды слишком яркие. С помощью этого телескопа и новой методики мы можем начать изучать экзопланеты так же детально, как и наших соседей по Солнечной системе».
Обнаружить экзопланеты крайне сложно из-за того, что они обычно намного тусклее своих звёзд, зачастую излучая менее 1% от общего света. Метод затменного картирования основан на измерении мельчайших изменений в этом свете, когда планета движется за своей звездой, поочерёдно скрывая и открывая различные области. Связывая эти незначительные изменения яркости с конкретными местами на планете и анализируя их в различных цветовых диапазонах, учёные могут реконструировать температуры по широте, долготе и высоте.
WASP-18b оказалась идеальным объектом для такого исследования. Её масса примерно в 10 раз превышает массу Юпитера, она совершает оборот вокруг своей звезды всего за 23 часа и достигает температур около 2760 градусов Цельсия (5000 градусов Фаренгейта). Эти характеристики обеспечивают сравнительно сильный сигнал для нового метода картирования.
Прежде группа создала 2D-карту, используя свет одного цвета. Для создания трёхмерной версии они повторно проанализировали те же данные, полученные прибором Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) телескопа JWST, но уже в различных длинах волн. Каждый спектральный диапазон позволяет исследовать определённые слои атмосферы WASP-18b, соответствующие конкретной температуре и высоте. Сочетание этих слоёв позволило построить детальную трёхмерную температурную структуру.
Чалленер объясняет, что «если создать карту на длине волны, которую поглощает вода, вы увидите водный слой в атмосфере, тогда как длина волны, которую вода не поглощает, позволит проникнуть глубже. Соединив эти данные, можно получить 3D-карту температур в этой атмосфере».
Трёхмерный анализ выявил спектроскопически различимые зоны на постоянно освещённой стороне планеты, которая всегда обращена к звезде из-за приливной блокировки. В центре этой стороны располагается круглое горячее пятно, где свет звезды падает наиболее прямо, а ветры, по-видимому, слишком слабы, чтобы эффективно распределять это тепло. Вокруг горячего центра, ближе к краю планеты, замечено более холодное кольцо. Измерения также показали снижение концентрации водяного пара в зоне горячего пятна по сравнению со средним показателем для планеты.
Вайнер Мэнсфилд отмечает: «Мы наблюдали подобное явление на уровне популяций экзопланет – более холодные планеты имеют воду, а более горячие её не содержат. Однако это первый случай, когда мы видим такой разрыв в пределах одной планеты. Это одна атмосфера, но мы видим более холодные регионы с водой и более горячие, где вода распадается. Это предсказывалось теорией, но очень интересно увидеть это на реальных наблюдениях».
Дополнительные наблюдения с телескопа JWST могут значительно улучшить пространственную детализацию будущих 3D-карт затмений. Вайнер Мэнсфилд подчёркивает, что этот метод открывает новые возможности для изучения множества «горячих Юпитеров», которых насчитывается сотни среди более чем 6000 подтверждённых экзопланет. Она также планирует применить трёхмерное затменное картирование к меньшим, каменистым мирам, выходя за рамки газовых гигантов, подобных WASP-18b.
«Очень волнительно, что у нас наконец появились инструменты для такого детального изучения и картирования температур другой планеты. Это подготовило почву для потенциального применения методики к другим типам экзопланет. Например, если у планеты нет атмосферы, мы всё равно сможем использовать этот метод для картирования температуры самой поверхности, чтобы, возможно, понять её состав, – говорит Мэнсфилд. – Хотя WASP-18b оказалась в какой-то степени предсказуемой, я верю, что у нас будет шанс увидеть то, чего мы никогда не ожидали прежде».
Это исследование было поддержано Программой раннего выпуска научных данных о транзитных экзопланетах космического телескопа James Webb.
