Egzoplaneta WASP-94Ab

Gorący Jowisz z chmurami skał, które znikają co noc

Przez /

Poranny piasek, wieczorne przejaśnienia

Astronomowie wykorzystujący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) zaobserwowali na odległej planecie pogodę, jakiej nie znamy z Układu Słonecznego – poranne niebo pełne chmur z… parujących skał i niemal zupełnie bezchmurne wieczory.
Chodzi o gorącego jowisza WASP‑94Ab, krążącego wokół gwiazdy w gwiazdozbiorze Mikroskopu, około 700 lat świetlnych od Ziemi.
Nowe analizy pokazują, że na tej planecie codziennie powstają chmury z minerałów skalnych, które w ciągu dnia ulegają odparowaniu, dając nam wyjątkowo czysty wgląd w jej atmosferę.

Wizja artystyczna egzoplanety WASP‑94A b: z prawej strony jasna, oświetlona przez gwiazdę półkula z przejrzystą atmosferą, z lewej ciemniejsza strona z gęstymi, brązowo‑szarymi chmurami „skał” unoszącymi się wysoko nad planetą; w tle gwiazda i delikatne pasma gazu.
Źródło: Hannah Robbins/Johns Hopkins University

Co to za planeta?

WASP‑94Ab to typowy gorący jowisz – gazowy olbrzym o masie zbliżonej do Jowisza, ale krążący bardzo blisko swojej gwiazdy, z okresem obiegu rzędu kilku dni.
Planeta jest najprawdopodobniej pływowo zablokowana, co oznacza, że zawsze tą samą półkulą zwrócona jest ku gwieździe, podobnie jak Księżyc do Ziemi.
Już wcześniejsze obserwacje wskazywały na obecność sodu i charakterystycznego rozpraszania światła w jej atmosferze, sugerując dość przejrzyste warstwy gazu przynajmniej w części widma.

Takie planety są doskonałymi laboratoriami do badań atmosfer egzoplanet, ponieważ ich duży rozmiar i bliskość gwiazdy wzmacniają sygnał w danych spektroskopowych.
Jednocześnie ekstremalne temperatury – przekraczające tysiąc stopni – sprzyjają powstawaniu zupełnie innych chmur niż te, które znamy z Ziemi.

Jak Webbb zajrzał w chmury skał

Zespół badawczy analizował widmo transmisyjne planety, czyli sposób, w jaki światło gwiazdy jest filtrowane przez atmosferę WASP‑94Ab podczas tranzytu – przejścia planety na tle tarczy gwiazdy.
Dzięki precyzji instrumentów JWST udało się osobno zbadać dwa brzegi planety: poranny, gdzie powietrze dopiero wychodzi z chłodniejszej strony nocnej, oraz wieczorny, gdzie gaz opada w stronę nocy.
Okazało się, że poranny brzeg jest mocno zachmurzony, natomiast wieczorny niemal całkowicie pozbawiony chmur, co widać w wyraźniejszych liniach absorpcyjnych pary wodnej.

To jeden z pierwszych tak wyraźnych przykładów tzw. spektroskopii brzegów planety (limb-resolved spectroscopy), gdzie rozdzielamy różne strefy jednego świata zamiast traktować całą atmosferę jako uśrednioną.
Dzięki temu naukowcy mogą zrozumieć, jak wiatr i temperatura zmieniają skład atmosfery wzdłuż całej doby na egzoplanecie.

Z czego są skalne chmury?

Analiza widma pokazała, że chmury na porannej stronie WASP‑94Ab są zdominowane przez drobiny magnezu i krzemu w postaci minerału zwanego krzemianem magnezu – to ta sama rodzina związków, która buduje wiele zwykłych skał na Ziemi.
Można powiedzieć, że nad tą planetą unoszą się chmury bardzo drobnego piasku czy pyłu skalnego, tylko w warunkach ekstremalnych temperatur i ciśnień.
Po drugiej stronie planety chmury znikają, a w widmie wieczornej krawędzi ujawniają się silne sygnały pary wodnej w czystszej atmosferze.

To właśnie kontrast między zachmurzoną poranną a przejrzystą wieczorną półkulą pozwolił zdemaskować codzienny cykl kondensacji i parowania chmur z materiału skalnego.
Bez uwzględnienia takiej asymetrii nasze wcześniejsze odczyty składu chemicznego atmosfer gorących jowiszów mogły być poważnie zaburzone przez niejednorodne zachmurzenie.

Dlaczego chmury znikają przed zachodem?

Badacze proponują dwa główne mechanizmy, które mogą wyjaśnić los skalnych chmur.
Po nocnej, chłodniejszej stronie planety minerały kondensują i tworzą gęste chmury, które wiatry przesuwają w stronę porannej krawędzi – tam widzimy je w danych JWST.
Gdy chmury trafiają nad gorącą stronę dzienną, temperatury przekraczające około 1000 stopni powodują ich odparowanie, przez co wieczorna krawędź planety wydaje się prawie bezchmurna.

Według jednej z hipotez część chmur może też zostać wciągnięta głębiej w atmosferę, gdzie nie mają już wpływu na obserwowane widmo.
W obu scenariuszach otrzymujemy powtarzalny, dobowy cykl formowania i zanikania chmur – pierwszą tak dobrze udokumentowaną prognozę pogody na gorącym jowiszu.

Co dalej – atlas pogody na egzoplanetach?

WASP‑94Ab nie jest jedynym światem z tak ekstremalną pogodą: podobny cykl chmur zaobserwowano już w danych JWST także na innych gorących jowiszach, m.in. WASP‑39 b i WASP‑17 b.
Porównując te obiekty, astronomowie mogą testować modele cyrkulacji atmosferycznej i lepiej zrozumieć, od czego zależy powstawanie chmur – od temperatury, grawitacji, składu chemicznego czy odległości od gwiazdy.
To ważne również dlatego, że chmury potrafią maskować sygnały kluczowych cząsteczek, jak woda czy metan, co wpływa na nasze szacunki składu egzoplanet.

Metody zastosowane dla WASP‑94Ab będzie można w przyszłości wykorzystać także do badania mniejszych, chłodniejszych planet – tych bardziej podobnych do Ziemi.
Zanim jednak zaczniemy rutynowo analizować atmosfery superziem i minineptunów, gorące jowisze pozostaną poligonem doświadczalnym dla naszej meteorologii międzygwiezdnej.

Źródła

Główne źródło:

Źródła kontekstowe:

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Powiązane wpisy

Przewijanie do góry