Wieczny dzień i wieczna noc. JWST po raz pierwszy zmapował klimat skalistych planet poza Układem Słonecznym
Dwie skaliste planety w pobliskim układzie TRAPPIST-1 doczekały się czegoś wyjątkowego: astronomowie po raz pierwszy w historii sporządzili mapy klimatyczne planet wielkości Ziemi krążących wokół innej gwiazdy. Wyniki — choć nie dla miłośników życia pozaziemskiego — rzucają nowe światło na to, co czeka planety orbitujące wokół czerwonych karłów.
TRAPPIST-1: siedem planet, jedno wielkie pytanie
Układ TRAPPIST-1 to od dekady jeden z najgoręcej dyskutowanych adresów w astronomii egzoplanetarnej. Siedem planet o masach zbliżonych do ziemskiej krąży wokół czerwonego karła odległego zaledwie o 40 lat świetlnych — na kosmiczną miarę to nasz bezpośredni sąsiad. W tym roku przypada dokładnie dziesięciolecie odkrycia tego układu. Co najmniej trzy spośród siedmiu planet leżą w tak zwanej ekosferze, czyli w odległości od gwiazdy, która teoretycznie pozwala na istnienie ciekłej wody na powierzchni. To właśnie dlatego TRAPPIST-1 stał się ulubionym laboratorium badaczy poszukujących warunków sprzyjających życiu.
Czerwone karły — małe i chłodniejsze od naszego Słońca — stanowią ponad 75% wszystkich gwiazd w Galaktyce. Jeśli ich planety okazałyby się zdolne do podtrzymania życia, szanse na to, że gdzieś we Wszechświecie ono istnieje, wzrosłyby dramatycznie. Odpowiedź na to pytanie jest więc jednym z centralnych problemów współczesnej astrofizyki.
Sześćdziesiąt godzin nieprzerwanej obserwacji
Międzynarodowy zespół badaczy z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) i Uniwersytetu Berneńskiego (UNIBE), działający w ramach Szwajcarskiego Centrum Kompetencji PlanetS, skierował Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) na dwie wewnętrzne planety układu: TRAPPIST-1b i TRAPPIST-1c. Obserwacje trwały nieprzerwanie przez 60 godzin, obejmując pełen obieg każdej z planet wokół gwiazdy. W podczerwieni teleskop mierzył ilość ciepła wypromieniowanego przez obie półkule planet — dzienną i nocną.
Efekt? Po raz pierwszy w historii astronomii powstały mapy temperatur planet skalistych wielkości Ziemi krążących wokół innej gwiazdy. Wyniki ukazały się właśnie w piśmie Nature Astronomy.
Piekielna strona dzienna, lodowata strona nocna
Wyniki są jednoznaczne i spektakularne. TRAPPIST-1b i TRAPPIST-1c wykazują ogromną różnicę temperatur między obiema półkulami. Strona dzienna planety b rozgrzewa się powyżej 200°C, podczas gdy nocna opada poniżej −200°C — różnica przekracza 500 stopni Celsjusza. Planeta c prezentuje podobny, choć nieco łagodniejszy obraz: jej strona dzienna osiąga niemal 100°C, nocna zaś podobnie mrożące temperatury.
Skąd tak drastyczny kontrast? Obie planety są, jak mówią astronomowie, synchronicznie zablokowane przez pływy — zjawisko analogiczne do tego, które sprawia, że Księżyc zawsze zwraca ku Ziemi tę samą twarz. Planeta obraca się dokładnie w tym samym czasie, w którym okrąża gwiazdę: jedna hemisfera wiecznie skąpana w świetle, druga pogrążona w permanentnej nocy.
Gdyby obie planety posiadały atmosfery, cyrkulacja powietrza przenosiłaby ciepło między obiema stronami, łagodząc temperatury. Tymczasem obserwowany kontrast wskazuje jednoznacznie na brak jakiejkolwiek gęstej atmosfery. Obecność atmosfery wokół tych planet mogłaby umożliwić transfer energii między stroną dzienną a nocną, co miałoby istotny wpływ na ich potencjalną zdatność do zamieszkania — wyjaśnia prof. Brice-Olivier Demory z UNIBE.
Winowajca: gwiazda zbyt aktywna
Dlaczego planety utraciły atmosfery? Odpowiedź zdaje się tkwić w naturze samego czerwonego karła. TRAPPIST-1, choć chłodna i niewielka, jest gwiazdą wyjątkowo aktywną. Bombarduje swoje planety intensywnym promieniowaniem ultrafioletowym i strumieniami naładowanych cząstek, które przez miliony lat zdolne są dosłownie zdmuchnąć atmosferę ze skalistego globu. Dla TRAPPIST-1b i TRAPPIST-1c ten proces wydaje się być zakończony — pozostały nagie, pozbawione powietrza skały.
Analogia do naszego Układu Słonecznego jest tu pouczająca: Merkury, najbliżej Słońca, nie ma atmosfery, podczas gdy Wenus i Ziemia ją zachowały. Odległość od gwiazdy może okazać się kluczowa.
Nadzieja dla dalszych planet
Odkrycie nie przekreśla nadziei na życie w układzie TRAPPIST-1 — wręcz przeciwnie. Trzy odleglejsze planety (d, e, f) leżą w ekosferze i krążą wystarczająco daleko od gwiazdy, by uniknąć najsilniejszego bombardowania. JWST jest już skierowany na planetę TRAPPIST-1e, a zespół jest optymistyczny.
TRAPPIST-1 to układ wzorcowy. Nasze modele teoretyczne wskazują, że zewnętrzne planety mogą posiadać atmosferę mimo jej braku na dwóch wewnętrznych. Nie możemy się doczekać dalszej eksploracji tego układu! — mówi Emeline Bolmont, profesor astronomii na UNIGE i współautorka badań.
Pierwsze mapy klimatyczne skalistych planet poza Układem Słonecznym to kamień milowy. A TRAPPIST-1 — układ, który właśnie obchodzi dziesiąte urodziny — jeszcze niejedna niespodzianka może czekać.
Źródła:
GŁÓWNE:
- Komunikat prasowy UNIGE
- Publikacja naukowa: Nature Astronomy,
Kontekstowe:
- Universe Today, „Two Worlds Where the Sun Never Moves„
Opracowanie: Agnieszka Nowak
