Иногда, взглянув на солнце, можно заметить по бокам от него яркие световые пятна. Или, сидя в самолете, увидеть вокруг тени крыла ореол света, похожий на нимб (это явление называют глориями). А если вам доведется гулять под полной луной, вы и вовсе можете стать свидетелем радуги, опоясывающей ночное светило.

Все это примеры удивительных атмосферных оптических явлений. Согласно новому исследованию, подобные эффекты могут существовать и в атмосферах далеких планет.

Что рассказывают атмосферные явления

Эти феномены не только завораживают, но и дают ключи к пониманию состава и динамики атмосферы — как на Земле, так и за ее пределами. Например, радуга возникает, когда солнечный свет преломляется в сферических каплях воды. Значит, если мы видим радугу, в атмосфере обязательно присутствуют жидкие капли.

Однако чаще в атмосферах планет доминируют кристаллические аэрозоли. На Марсе это кристаллы углекислого газа, на спутнике Юпитера Ио — хлорид натрия, а на Земле — ледяные кристаллы в форме снежинок. Их ориентация и форма определяют, какие оптические эффекты мы наблюдаем.

Паргелии («ложные солнца») — яркие пятна по бокам солнца — формируются, когда свет проходит через горизонтально ориентированные шестиугольные ледяные кристаллы в высоких облаках. Наиболее часто их можно увидеть зимой в Европе или Аргентине. Световые столбы, напоминающие вертикальные лучи, возникают в морозную погоду при отражении света от кристаллов. А коронные дуги и вспышки-короны связаны с перестройкой кристаллов под действием электрических полей в грозовых облаках.

Оптика на экзопланетах

Новое исследование предполагает, что аналогичные явления могут возникать и в атмосферах экзопланет. Условия для этого есть: многие из этих миров содержат аэрозоли, которые под воздействием ветров, магнитных полей и излучения звезд выстраиваются в определенные структуры.

Например, на горячих юпитерах — газовых гигантах, раскаленных близостью к своим звездам, — ветра достигают 18 000 км/ч. Такие потоки могут выравнивать кристаллы, создавая условия для уникальных оптических эффектов. Недавние данные телескопа «Джеймс Уэбб» подтвердили присутствие кварцевых кристаллов в атмосфере экзопланеты WASP-17 b. Эти вытянутые частицы, подобно парусам, ориентируются ветром, что может порождать невиданные на Земле световые аномалии.

Как изучать чужие миры?

Оптические явления помогают учёным дистанционно изучать атмосферы экзопланет. Например, глории (радужные круги вокруг тени объекта) на Венере и экзопланете WASP-76b указали на стабильность их облачных слоев. А наблюдения за полярными сияниями на Юпитере и Сатурне позволили определить состав их верхних атмосфер.

В будущем новые технологии, такие как спектрометры сверхвысокого разрешения, могут обнаружить ещё более экзотические эффекты. Представьте планету, где из-за кристаллов метана или аммиака в небе постоянно сияют тройные радуги или движутся световые спирали!

Атмосферная оптика — это не просто красота, а мощный инструмент науки. Каждый луч света, преломленный в далекой атмосфере, несет информацию о температуре, составе и даже потенциале для жизни. С каждым новым открытием мы приближаемся к разгадке величайшей тайны: одиноки ли мы во Вселенной?

Учёные уже разрабатывают модели, предсказывающие, как могут выглядеть атмосферные явления на планетах с экстремальными условиями. Например, в атмосферах суперземель с высокой гравитацией кристаллы могут формировать устойчивые гало сложной формы, а на планетах с метановыми озерами, подобными Титану, возможны «холодные радуги» из жидкого углеводорода.

Не исключено, что однажды телескопы下一代 покажут нам миры, где закаты окрашены в фиолетовые тона из-за рассеяния света в кристаллах серы, или где полярные сияния окутывают всю планету, как сияющий кокон. Эти открытия не только расширят наши знания, но и вдохновят новые поколения на поиски красоты в законах физики.