Почему на некоторых планетах образуются песчаные облака?

Большинство облаков на Земле состоят из воды, но за пределами нашей планеты они имеют множество химических разновидностей. Например, верхняя часть атмосферы Юпитера покрыта облаками желтого цвета, состоящими из аммиака и гидросульфида аммония. А в мирах за пределами нашей Солнечной системы есть облака, состоящие из силикатов - семейства камнеобразующих минералов, из которых состоит более 90% земной коры. Но ученым до сих пор не удавалось запечатлеть условия, в которых формируются эти облака из мелких пылевых зерен. Новое исследование показывает диапазон температур, при которых силикатные облака могут формироваться и быть видимыми в верхней части атмосферы далекой планеты. Этот вывод был сделан на основе наблюдений космического телескопа НАСА Spitzer за коричневыми карликами - небесными телами, которые находятся между планетами и звездами, но он вписывается в более общее понимание того, как устроены атмосферы планет. «Понимание атмосфер коричневых карликов и планет, где могут формироваться силикатные облака, может также помочь нам понять, что мы увидим в атмосфере планеты, которая по размеру и температуре ближе к Земле», - сказал Станимир Метчев, профессор по изучению экзопланет в Западном университете в Лондоне, Онтарио, и соавтор исследования.

Шаги по созданию любого типа облака одинаковы. Во-первых, нагрейте ключевой ингредиент до тех пор, пока он не превратится в пар. При правильных условиях этим ингредиентом может быть множество веществ, включая воду, аммиак, соль или серу. Поместите его в ловушку, охладите настолько, чтобы он сконденсировался, и вуаля - облака! Конечно, камень испаряется при гораздо более высокой температуре, чем вода, поэтому силикатные облака видны только на горячих мирах, таких как коричневые карлики, использованные для данного исследования, и некоторые планеты за пределами нашей Солнечной системы.

Хотя они формируются подобно звездам, коричневые карлики недостаточно массивны, чтобы запустить термоядерный синтез - процесс, который заставляет звезды светиться. Атмосферы многих коричневых карликов почти неотличимы от атмосфер планет с преобладанием газа, таких как Юпитер, поэтому их можно использовать в качестве косвенных признаков этих планет.

До этого исследования данные Spitzer уже указывали на наличие силикатных облаков в атмосферах нескольких коричневых карликов. Эта работа проводилась в течение первых шести лет миссии Spitzer (запущенной в 2003 году), когда на телескопе работали три инструмента с криогенным охлаждением. Однако во многих случаях доказательства наличия силикатных облаков на коричневых карликах, наблюдаемых Spitzer, были слишком слабыми.

В рамках последнего исследования астрономы собрали более 100 таких незначительных обнаружений и сгруппировали их по температуре коричневого карлика. Все они попали в предсказанный диапазон температур, при которых должны формироваться силикатные облака: от около 1 000° C до 1 700° C. Хотя отдельные обнаружения являются незначительными, вместе они показывают окончательный признак силикатных облаков.

В атмосферах, более горячих, чем верхняя граница диапазона, определенного в исследовании, силикаты остаются в виде пара. Ниже минимального предела облака превращаются в дождь или опускаются ниже в атмосферу, где температура выше.

На самом деле, исследователи считают, что силикатные облака существуют глубоко в атмосфере Юпитера, где температура намного выше, чем вверху, благодаря атмосферному давлению. Силикатные облака не могут подниматься выше, потому что при более низких температурах силикаты затвердевают и не сохраняются в виде облаков. Если бы верхняя часть атмосферы была на тысячи градусов горячее, облака аммиака и гидросульфида аммония испарились бы, а силикатные облака могли бы подняться наверх.

Ученые находят все более разнообразные планетарные среды в нашей галактике. Например, они обнаружили планеты, одна сторона которых постоянно обращена к своей звезде, а другая постоянно находится в тени - планеты, где облака разного состава могут быть видны в зависимости от наблюдаемой стороны. Чтобы понять эти миры, астрономам сначала нужно понять общие механизмы, которые формируют их.