Иногда, взглянув на солнце, можно увидеть странные яркие огни по бокам от него. Или, сидя в самолёте и глядя в окно на его тень, можно заметить круг света, похожий на нимб внизу (известный как гало). А если вы отправитесь на полуночную прогулку при свете полной луны, то увидите то, что кажется радугой, окружающей луну.
Все эти явления — прекрасные примеры атмосферных оптических феноменов. В недавней статье было предложено, что они могут появляться и на других планетах.
Эти небесные чудеса могут многое рассказать нам о состоянии атмосферы на Земле и на других планетах. Например, радуги, наиболее известное из этих явлений, могут образовываться только тогда, когда свет проходит через сферические жидкие капли, как обычный дождь на Земле. Следовательно, в атмосфере, где наблюдаются радуги, должны быть сферические жидкие капли.
На большинстве планет в атмосфере есть кристаллические аэрозоли (облака из крошечных частиц): от хлорида натрия на Ио (одном из спутников Юпитера) до кристаллов углекислого газа на Марсе. На Земле это обычно ледяные кристаллы, часто встречающиеся в облаках в виде снежинок. Ориентация этих кристаллов и то, как они изменяют свет, определяет тип оптических явлений, которые вы можете увидеть.
Солнечные псы — это ещё одно из этих явлений, когда яркие огни появляются по бокам от солнца, иногда даже разделяя белый свет на цвета радуги. Они образуются из-за преломления света горизонтально ориентированными шестиугольными ледяными кристаллами высоко в атмосфере. Чтобы увидеть их, попробуйте оказаться на тех же широтах, что Европа или Аргентина, зимой. Ищите высокие перистые облака, которые находятся перед солнцем, и вам может повезти.
Горизонтальные ледяные кристаллы также могут создавать световые столбы в чрезвычайно холодных условиях, которые выглядят как цветные лучи света, тянущиеся к облакам над головой. Вертикальные кристаллы образуют пареолические круги — круг света на той же высоте, что и солнце. А кристаллы, выровненные с электрическими полями над грозами, создают вспышки короны.
В новой статье предполагается, что, исходя из того, что мы знаем о нашей атмосфере, можно предположить, что подобные оптические явления происходят на планетах за пределами нашей Солнечной системы (экзопланетах). Нужно просто их обнаружить и выяснить, почему они возникают.
Предыдущие исследования показали, что на многих экзопланетах кристаллические аэрозоли в их атмосферах перемещаются и ориентируются множеством различных способов, как и на Земле.
Магнитные поля кружат вокруг планеты, как и на Земле, толкая и притягивая вдоль линий поля. На Земле это можно увидеть в виде северного сияния. Давление излучения от родительской звезды планеты толкает кристаллы, используя силу света, подобно тому, как ветер толкает лодки. А ветер, часто гораздо более сильный, чем где-либо на Земле, мчится по экзопланете, устремляясь с горячей, обращённой к звезде стороны экзопланеты на более холодную, обращённую в космос сторону, когда планета вращается.
Специальный тип экзопланеты — горячие Юпитеры (названные так потому, что они огромные, газообразные и очень горячие) обычно имеют невероятно быстрые ветры (до 18 000 км/ч) и высокую плотность кристаллических аэрозолей, подобно невероятно быстро движущейся песчаной буре.
Это означает, что основной способ ориентации кристаллов — это сверхбыстрые ветры, вращающиеся вокруг планеты. Представьте себе флот лодок, случайно разбросанных по океану, а затем мощный порыв ветра поворачивает их все так, чтобы они смотрели в одном направлении.
Исследователи в новой статье ранее использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), чтобы найти доказательства наличия крошечных кристаллов кварца в высокогорных облаках горячего Юпитера на расстоянии 1300 световых лет от Земли (WASP-17 b). Эти кристаллы имеют вытянутую форму, поэтому, скорее всего, ориентированы по ветру. Это заставило их задуматься о том, какие оптические свойства можно увидеть с кристаллами, ориентированными по ветру.
Оптические явления, возникающие из-за того, что кристаллы ориентированы одинаково, не могут быть видны обычными камерами. Но учёные могут использовать такие инструменты, как JWST, для наблюдения этих эффектов.
Мы уже получили ценную информацию о далёких атмосферах, изучая их оптические явления с помощью JWST. Например, на Венере учёные использовали радуги и гало, чтобы разгадать тайны экстремальной жары и жёлтого цвета планеты.
Аналогичная техника наблюдения за гало была использована для обнаружения присутствия долгоживущих облаков на экзопланете WASP-76b. Новые знания об этих облаках дают нам представление об атмосфере экзопланеты. Теперь мы знаем, что могут быть условия для стабильной температуры, что удивило учёных, поскольку половина планеты достаточно горяча, чтобы расплавить железо.
Мы также можем предположить, какие оптические эффекты могут наблюдаться на планетах, состав атмосферы которых нам известен. Например, в высоких слоях атмосферы Юпитера и Сатурна, где сконцентрирован особый тип аммиачных кристаллов, мы ожидаем наблюдать четыре отдельных солнечных пса. Увы, на Земле мы можем видеть только по два за раз из-за формы наших атмосферных ледяных кристаллов.
Кто знает, какие ещё удивительные явления мы можем увидеть на других мирах? Кто сказал, что не может быть планеты, окружённой непрерывными радугами? Нам предстоит узнать гораздо больше об экзопланетах. Оптические явления, такие как солнечные псы, могут рассказать нам огромное количество информации об их атмосферах, что может помочь нам в поиске обитаемых планет в будущем.
Предоставлено: The Conversation.