Pierwsze obserwacje 3D atmosfery planety spoza Układu Słonecznego. Wieją tam żelazne wiatry
Dzięki instrumentowi o nazwie ESPRESSO udało się zajrzeć w atmosferę gazowego olbrzyma znajdującego się o 900 lat świetlnych od nas. Obserwacje ujawniły trójwymiarową strukturę atmosfery egzoplanety. Jest to pierwsza tego typu obserwacja dokonana poza granicami Układu Słonecznego.
Spis treści:
- Trójwarstwowa atmosfera egzoplanety
- Wiatry żelazne i wodorowe
- Bardzo gorący jowisz
- Dane z czterech teleskopów
Tylos (lub WASP-121b) to gigantyczna gazowa egzoplaneta znajdująca się w odległości około 900 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Rufy (Puppis). Jeden rok świetlny to 9,461 biliona kilometrów (9,461 × 1012 km). Gdybyśmy chcieli przebyć tę odległość samochodem jadącym ze stałą prędkością 150 km/godz., dotarcie do Tylosa zajęłaby około 6,48 miliarda lat. To ponad połowa wieku Wszechświata!
Ale korzystając z instrumentu ESPRESSO wchodzącego w skład Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), możemy badać tę egzoplanetę nie ruszając się z Ziemi. Naukowcy byli w stanie zajrzeć w atmosferę Tylosa, ujawniając jej trójwymiarową strukturę. Jest to pierwszy taki przypadek na planecie spoza Układu Słonecznego.
Trójwarstwowa atmosfera egzoplanety
Dzięki połączeniu czterech teleskopów Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego, astronomowie odkryli potężne wiatry niosące pierwiastki chemiczne, takie jak żelazo i tytan. Tworzą one skomplikowane wzorce pogodowe w atmosferze planety.
Z zebranych danych wynika, że atmosfera Tylosa jest podzielona na trzy warstwy:
- wiatry żelazne na dole,
- szybki strumień sodu w warstwie środkowej,
- wiatry wodorowe w warstwie górnej.
Takiego klimatu nigdy wcześniej nie zaobserwowano na żadnej planecie.
Wiatry żelazne i wodorowe
Wiatry żelazne to ekstremalne zjawisko atmosferyczne występujące na niektórych egzoplanetach, zwłaszcza typu gorących jowiszów. Są to naddźwiękowe strumienie gazów przenoszące cząsteczki żelaza i innych metali w atmosferze tych planet.
Szybkie strumienie sodu to potężne prądy gazowe bogate w sód, które wykrywa się w atmosferach niektórych egzoplanet, zwłaszcza gorących jowiszów. Te strumienie są napędzane ekstremalnymi warunkami atmosferycznymi, w tym silnym ogrzewaniem przez gwiazdę macierzystą i ogromnymi różnicami temperatur między stroną dzienną a nocną.
Natomiast wiatry wodorowe to silne strumienie gazu zawierające głównie wodór, które mogą występować w atmosferach planet pozasłonecznych, a także w otoczeniu gwiazd i innych obiektów astronomicznych. Są one napędzane różnymi mechanizmami, w tym promieniowaniem gwiazdowym, różnicami temperatur i procesami magnetycznymi.
– Atmosfera tej planety zachowuje się w sposób, który podważa nasze rozumienie tego, jak działa pogoda – nie tylko na Ziemi, ale na wszystkich planetach. To jak coś prosto z kart powieści science fiction – mówi Julia Victoria Seidel. To badaczka z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Chile i główna autorka badania, opublikowanego w prestiżowym „Nature”.
Bardzo gorący jowisz
Planeta WASP-121b należy do kategorii bardzo gorących jowiszy. Jest gazowym olbrzymem krążącym wokół swojej gwiazdy macierzystej tak blisko, że rok trwa tam tylko około 30 ziemskich godzin. Co więcej, jedna strona planety jest gorąca, ponieważ zawsze zwrócona jest w stronę gwiazdy, podczas gdy druga strona jest znacznie chłodniejsza.
– Zaobserwowaliśmy coś niebywałego: strumień odrzutowy obracający materiał wokół równika planety, podczas gdy oddzielny przepływ na niższych poziomach atmosfery przenosi gaz z gorącej strony na chłodniejszą. Tego rodzaju klimat nigdy wcześniej nie został zaobserwowany na żadnej planecie – komentuje Julia Seidel. Ta astronomka pracuje również w Laboratorium Lagrange’a, będącym częścią Obserwatorium Lazurowego Wybrzeża we Francji. Dodaje, że zaobserwowany strumień rozciąga się na połowę planety, nabierając prędkości i gwałtownie burząc atmosferę wysoko na niebie, gdy przecina gorącą stronę Tylos. – W porównaniu z tym zjawiskiem nawet najsilniejsze huragany w Układzie Słonecznym wydają się łagodne – dodaje.
Dane z czterech teleskopów
Aby odkryć trójwymiarową strukturę atmosfery egzoplanety, zespół wykorzystał instrument ESPRESSO z VLT do połączenia światła z czterech dużych teleskopów w jeden sygnał. Obserwując planetę podczas jednego pełnego tranzytu przed jej gwiazdą macierzystą, ESPRESSO było w stanie wykryć sygnatury wielu pierwiastków chemicznych, badając poszczególne warstwy atmosfery. – VLT umożliwił nam zbadanie trzech różnych warstw atmosfery egzoplanety za jednym podejściem – mówi współautor badania Leonardo A. dos Santos ze Space Telescope Science Institute w Baltimore w Stanach Zjednoczonych.
Zespół śledził ruchy żelaza, sodu i wodoru, co pozwoliło obserwować wiatry odpowiednio w głębokich, średnich i płytkich warstwach atmosfery planety. – Jest to rodzaj obserwacji, który jest bardzo trudny do wykonania za pomocą teleskopów kosmicznych, co podkreśla znaczenie naziemnych obserwacji egzoplanet – dodaje badacz. – To naprawdę oszałamiające, że jesteśmy w stanie badać szczegóły, takie jak skład chemiczny i wzorce pogodowe planety z tak dużej odległości – mówi Bibiana Prinoth, doktorantka na Uniwersytecie w Lund w Szwecji.
Aby odkryć atmosferę mniejszych, podobnych do Ziemi planet, potrzebne będą jednak większe teleskopy. Będą one obejmować Ekstremalnie Duży Teleskop (ELT), który jest obecnie w budowie na pustyni Atacama w Chile, oraz jego instrument ANDES. – ELT będzie przełomem w badaniu atmosfer egzoplanet. Czuję, że jesteśmy na skraju odkrycia niesamowitych rzeczy, o których teraz możemy tylko pomarzyć – podsumowuje Bibiana Prinoth.
Źródło: EurekAlert!
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.