Približno 1.300 svetlobnih let od Zemlje kroži planet, katerega atmosfera je na eni strani občutno bolj vroča in razširjena kot na drugi. Znanstveniki so s pomočjo vesoljskega teleskopa James Webb med njenima nasprotnima robovoma ocenili približno 650 stopinj Celzija temperaturne razlike. Še pomembneje je, da jim je z novo metodo uspelo rekonstruirati razlike v zgradbi plinaste ovojnice in podrobneje raziskati, kako se toplota porazdeli po oddaljenem plinastem velikanu.

Simbolična slika prikazuje planet WASP-17b z izrazitimi razlikami v atmosferi in njegovo matično zvezdo. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Na oddaljenem planetu atmosfera nima enake oblike na vseh straneh

Pri raziskovanju planetov zunaj našega Osončja astronomi pogosto uporabljajo modele, ki atmosfero obravnavajo kot približno enakomerno plast plinov. Takšen pristop omogoča določanje njenih osnovnih lastnosti, vendar lahko prikrije razlike, ki nastajajo zaradi segrevanja in kroženja plinov. Prav te razlike so zdaj podrobneje proučili na planetu WASP-17b v ozvezdju Škorpijona.

Gre za tako imenovanega vročega Jupitra, velikega plinastega velikana, ki kroži zelo blizu svoje zvezde. Njegov polmer je približno 1,9-krat večji od Jupitrovega, masa pa dosega le okoli polovico Jupitrove. Zaradi majhne gostote in obsežne plinaste ovojnice je posebej primeren za opazovanja z občutljivimi instrumenti teleskopa James Webb. Mednarodna skupina raziskovalcev je analizirala svetlobo, ki med prehodom planeta pred zvezdo potuje skozi njegovo atmosfero. Rezultati, objavljeni 14. oktobra v znanstveni reviji Nature Astronomy, kažejo, da je plinasta ovojnica na večernem robu planeta bolj razširjena kot na jutranjem. Namesto ene povprečne slike atmosfere so raziskovalci tako dobili podrobnejši vpogled v njeno neenakomerno zgradbo.

Razlika 650 stopinj razkriva vpliv močnih vetrov

Raziskovalci so temperaturo na jutranjem robu atmosfere ocenili na približno 858 kelvinov oziroma 585 stopinj Celzija. Na večernem robu je ocena dosegla 1.522 kelvinov oziroma 1.249 stopinj Celzija. Razlika med osrednjima vrednostma znaša približno 664 stopinj, kar znanstveniki zaokrožujejo na okoli 650 stopinj. Te vrednosti niso rezultat neposrednih meritev na površju planeta, temveč analize svetlobnih spektrov in atmosferskih modelov. Zlasti ocena temperature jutranjega roba ima precejšnjo negotovost, zato je temperaturno razliko treba razumeti kot približno vrednost.

WASP-17b naj bi bil plimsko zaklenjen, kar pomeni, da je proti svoji zvezdi stalno obrnjena približno ista polovica planeta. Med osvetljeno in temno stranjo nastajajo velike razlike v segrevanju, atmosferski vetrovi pa toploto prenašajo okoli planeta. Na večernem robu je zato plinasta ovojnica toplejša in bolj razširjena, na jutranjem pa hladnejša. Takšna razporeditev je skladna z napovedmi modelov atmosferskega kroženja. Kot pojasnjuje Univerza v Bristolu, so raziskovalci pridobili podatke, ki podpirajo pričakovano povezavo med temperaturo in razsežnostjo atmosfere. Rezultati tako omogočajo natančnejše preverjanje dosedanjih napovedi o prenosu toplote na vročih plinastih velikanih.

Nova metoda je razkrila razlike, ki so bile doslej skrite

Za proučevanje atmosfere oddaljenega planeta astronomi izkoriščajo trenutke, ko ta prečka navidezno ploskev svoje zvezde. Del zvezdne svetlobe takrat potuje skozi njegove zunanje plasti, različne molekule pa absorbirajo značilne valovne dolžine. Iz nastalega svetlobnega spektra je mogoče sklepati o temperaturi in kemični sestavi. Pri običajnih analizah se podatki iz različnih delov atmosferskega roba pogosto združijo v enoten signal. Mednarodna skupina je zato uporabila metodo transmission strings, ki omogoča prostorsko podrobnejšo rekonstrukcijo. Analizirali so Webbova opazovanja v območju valovnih dolžin od 0,6 do 12 mikrometrov ter proučili razlike med jutranjim in večernim robom, pa tudi med ekvatorialnimi in polarnimi območji.

Raziskavo je vodila astrofizičarka Lili Alderson z Univerze Cornell, pri razvoju metode pa so sodelovali tudi raziskovalci Univerze v Bristolu. Po navedbah Univerze Cornell nova tehnika omogoča podrobnejšo analizo prostorske zgradbe atmosfere, kot je bila doslej običajna pri tovrstnih opazovanjih. Webb pri tem ni posnel neposredne fotografije neenakomerno razširjene atmosfere. Njeno obliko so znanstveniki rekonstruirali iz svetlobnih meritev in fizikalnih modelov. Tako niso določili položaja posameznih oblakov ali vetrovnih sistemov, temveč primerjali lastnosti širših območij plinaste ovojnice.

Podobne izzive imajo astronomi tudi pri drugih vesoljskih telesih. Nedavna Nasina raziskava s teleskopom SPHEREx je pokazala, kako zahtevno je lahko raziskovanje atmosfer oddaljenih vesoljskih teles, saj lahko temperatura, kemična sestava in oblaki pomembno vplivajo na svetlobne spektre. Raziskovalci morajo zato pri razlagi opazovanj upoštevati več dejavnikov hkrati.

Kaj so pokazale meritve vode in ogljikovega dioksida?

Raziskovalci so poleg temperaturnih razlik analizirali tudi porazdelitev vodne pare in ogljikovega dioksida. Ugotovili so, da so ocenjene količine obeh molekul vzdolž proučevanega atmosferskega roba skladne z razmeroma enakomerno porazdelitvijo, čeprav se temperatura in razširjenost plinov med posameznimi območji precej razlikujeta. Raziskava je tako pokazala, da izrazite temperaturne razlike ne pomenijo nujno tudi velikih razlik v kemični sestavi. Prav primerjava teh lastnosti astronomom pomaga razumeti, kako se plini mešajo in kako učinkovito vetrovi prenašajo toploto med različnimi deli planeta.

Prisotnost vodne pare ne pomeni, da je WASP-17b primeren za življenje. Zaradi visokih temperatur in dejstva, da gre za plinastega velikana, so razmere povsem drugačne od zemeljskih. Planet je za znanstvenike zanimiv predvsem zato, ker lahko na njem preverjajo, koliko podrobnosti o oddaljeni atmosferi je mogoče razbrati iz svetlobe matične zvezde.

Kaj odkritje pomeni za prihodnje raziskovanje planetov?

Če se bo metoda izkazala za uporabno tudi pri drugih eksoplanetih, bodo astronomi lahko natančneje primerjali njihove jutranje in večerne atmosferske robove. To bi jim omogočilo preverjanje, ali se podobna temperaturna nesorazmerja pojavljajo tudi na drugih vročih Jupitrih in kako močno so povezana z razdaljo od zvezde ter atmosferskim kroženjem. Za zdaj ostajajo takšne rekonstrukcije odvisne od kakovosti opazovanj in uporabljenih modelov. Ne gre za vremenske zemljevide, kakršne poznamo na Zemlji, temveč za nov način razločevanja lastnosti atmosfere, ki so bile v starejših analizah pogosto združene v povprečne vrednosti.

Odkritje na planetu WASP-17b razkriva, kako zapletene so lahko atmosfere oddaljenih svetov. James Webb je znanstvenikom omogočil podrobnejši vpogled v temperaturne razlike in vpliv atmosferskega kroženja, ki ju doslej ni bilo mogoče tako natančno raziskati.