Sprawdzili pogodę na piekielnej planecie. To dwa różne światy

JWST zajrzał jednocześnie na poranek i wieczór piekielnej egzoplanety. To, co odkrył na jednym z najbardziej ekstremalnych światów, zaskoczyło astronomów.

WASP-121b już wcześniej uchodziła za jedną z najbardziej absurdalnych planet w naszej galaktycznej okolicy. Kiedy pisaliśmy o niej wcześniej, największe wrażenie robiła wizja żelaznych chmur oraz możliwych deszczów z korundu, czyli minerału budującego rubiny i szafiry.

Teraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dołożył do tej historii nowy rozdział. Okazuje się, iż choćby granica dnia i nocy na tej planecie nie jest taka sama po obu stronach. Poranek i wieczór na WASP-121b mają inną temperaturę, inny skład chemiczny i prawdopodobnie inne zachmurzenie. To nie jest już ogólna prognoza pogody dla piekła. To pierwsze zaglądanie w lokalną meteorologię świata, którego nie da się porównać z niczym z Układu Słonecznego.

To planeta, która prawie ociera się o własną gwiazdę

WASP-121b należy do tzw. gorących jowiszów. To gazowy olbrzym krążący ekstremalnie blisko swojej gwiazdy. Jeden rok trwa tam ok. 30 godzin, czyli mniej niż ziemski weekend. Planeta znajduje się tak blisko gwiazdy, iż jej obrót został zsynchronizowany z obiegiem. Jedna półkula jest stale wystawiona na żar gwiazdy, a druga pozostaje wieczną nocą.

Różnice są ogromne. Po stronie dziennej temperatura sięga średnio około 2500 st. C, a po nocnej spada do około 725 st. C. Na Ziemi takie warunki byłyby zabójcze dla skał i metali. Na WASP-121b to jednak po prostu część codziennej pogody.

Silne wiatry przenoszą ciepło z rozgrzanej strony dziennej na nocną. Wcześniejsze badania wskazywały, iż w atmosferze mogą zachodzić niezwykłe cykle: cząsteczki wody rozrywane przez gorąco po stronie dziennej mogą składać się ponownie po stronie nocnej, a minerały mogą kondensować w chmurach i opadach. Właśnie stąd wzięła się historia o deszczach rubinów i szafirów.

Webb nie zobaczył deszczu klejnotów. Zrobił coś ciekawszego

Nowe badanie nie oznacza, iż JWST sfotografował deszcz z korundu. To byłoby zbyt odważne uproszczenie. Teleskop przeanalizował, jak zmienia się światło gwiazdy przechodzące przez atmosferę planety w czasie tranzytu.

Tranzyt to moment, gdy planeta przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy. Część światła gwiazdy prześlizguje się wtedy przez atmosferę planety i niesie informację o jej składzie oraz temperaturze. Zwykle astronomowie uśredniają taki sygnał z całego przejścia, żeby uzyskać mocniejszy wynik. Tym razem zespół Cyrila Gappa z Instytutu Maxa Plancka poszedł znacznie grubiej.

WASP-121b jest tak blisko gwiazdy, iż podczas samego tranzytu obraca się z naszej perspektywy o ok. 30 stopni. To wystarczyło, aby Webb zobaczył nieco inne fragmenty atmosfery na początku i na końcu przejścia. Innymi słowy, czas obserwacji zamieniono w mapę długości geograficznej atmosfery.

Wieczór jest gorętszy niż poranek

Okazało się, iż wieczorny terminator, czyli granica między dniem a nocą po stronie, która opuszcza dzienną półkulę, absorbuje więcej promieniowania podczerwonego niż poranny terminator. To wskazuje, iż wieczorna część atmosfery jest gorętsza i bardziej rozciągnięta.

Dlaczego? Najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie prowadzi do potężnych wiatrów. Atmosfera przenosi żar ze strony dziennej zgodnie z kierunkiem rotacji planety, przez co region wieczorny dostaje więcej ciepła. Jest więc nie tylko gorętszy, ale też inaczej wygląda w danych spektroskopowych.

JWST wykrył też zmianę sygnałów związanych z tlenkiem węgla i parą wodną. W przypadku tlenku węgla chodzi prawdopodobnie głównie o efekt temperatury. W przypadku wody sprawa jest ciekawsza: po stronie wieczornej jest jej mniej, bo tamtejsze temperatury mogą być na tyle wysokie, iż rozrywają cząsteczki H2O na składniki.

Poranek może chować się za mineralnymi chmurami

Poranna strona jest chłodniejsza, ale wcale nie spokojniejsza w ziemskim sensie. Modele sugerują, iż tam mogą tworzyć się chmury z minerałów, najpewniej krzemianów. To nie są puszyste chmury z kropelek wody. To obłoki z materiałów, które na Ziemi kojarzymy raczej ze skałami, piaskiem i pyłem.

Takie chmury mogą zasłaniać cieplejsze warstwy atmosfery znajdujące się niżej i sprawiać, iż poranna strona wygląda chłodniej w podczerwieni. Badacze podchodzą jednak do tego z dużą dozą ostrożności. Obecne modele atmosfer egzoplanet przez cały czas słabo radzą sobie z fizyką chmur, kondensacji i parowania w tak ekstremalnym, dynamicznym środowisku.

To chyba jedna z najważniejszych lekcji płynących z tego badania. JWST nie tylko potwierdził, iż poranek i wieczór na WASP-121b wyglądają inaczej. Pokazał też, iż te planety potrafią być jeszcze bardziej niezwykłe, niż przewidują nasze modele.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI