Czy jesteśmy już w stanie monitorować pogodę na innych planetach, podobnie jak od lat robimy to na Ziemi? Okazuje się, że w dużej mierze tak. Dzięki zestawieniu ze sobą wieloletnich obserwacji z Teleskopu Hubble'a (HST) i wyników współczesnego modelowania komputerowego odkryto dowody na istnienie potężnych cyklonów i innych dynamicznych zjawisk pogodowych na gorącej planecie wielkości Jowisza, oddalonej od nas o 880 lat świetlnych.
Międzynarodowy zespół zebrał i ponownie przetworzył obserwacje HST dla planety WASP-121 b (Tylos) wykonane w latach 2016, 2018 i 2019. Okazało się, że ma ona bardzo dynamiczną atmosferę, której stan wyraźnie zmienia się w czasie. Wykorzystano zaawansowane techniki modelowania komputerowego, dzięki którym udało się wykazać, że obserwowane zmiany można wyjaśnić wzorcami pogodowymi w atmosferze egzoplanety.
WASP-121 b znajduje się tak blisko swojej gwiazdy macierzystej, że jej okres orbitalny wynosi zaledwie 1,27 dnia. Ta bliskość sprawia też, że Tylos jest zablokowana pływowo, co oznacza, że jedna jej półkula jest zawsze skierowana w stronę gwiazdy, podobnie jak nasz Księżyc jest zawsze zwrócony tą samą stroną ku Ziemi. Warto od razu dodać, że WASP-121 b nie nadaje się do zamieszkania, m.in. ze względu na to, że jej temperatura zbliża się nawet do 2150 kelwinów po stronie zwróconej ku gwieździe. Natomiast otrzymane niedawno wyniki są ważnym wstępnym etapem w dalszych badaniach zjawisk pogodowych na odległych planetach. Tego typu obserwacje mogą też pomóc nam w znalezieniu potencjalnie nadających się do zamieszkania egzoplanet o stabilnym w dłuższych przedziałach czasu klimacie.
Sama zmienność atmosfer planet nie jest czymś nowym. Już od dziesięcioleci mamy dostęp do szczegółowych obserwacji teleskopowych sąsiednich ciał w Układzie Słonecznym, z których wynika, że atmosfery wielu z nich nie są statyczne i stale się zmieniają, podobnie jak pogoda na Ziemi. Ta zmienność powinna również rozciągać się na przynajmniej część planet krążących wokół innych gwiazd, których znamy już ponad 5000. Aby jednak faktycznie zmierzyć takie zmiany, potrzeba wielu dokładnych obserwacji i bardzo szczegółowego modelowania numerycznego. Obserwacje są zwykle tym trudniejsze, im dalej znajduje się dana planeta. Wyzwaniem jest również odpowiednie połączenie ograniczeń obserwacyjnych z symulacjami wykonywanymi dla konkretnej atmosfery.
Zespół odkrył, że atmosfera WASP-121 b jest bardzo zmienna. Mogą się w niej tworzyć potężne fronty pogodowe, burze i cyklony, które są wielokrotnie odnawiane i niszczone z powodu dużych różnic temperatur pomiędzy stroną planety zwróconą ku gwieździe a jej drugą półkulą. Wykryto również wyraźne przesunięcie między najgorętszym obszarem egzoplanety a punktem na niej najbliższym gwieździe, a także zmienność składu chemicznego atmosfery egzoplanety, (skład tej atmosfery zmierzono za pomocą metod spektroskopowych). Wyniki te stanowią ważny krok naprzód w obserwacjach wzorców pogodowych na planetach pozasłonecznych. Wzorce te mają z kolei kluczowe znaczenie dla zrozumienia złożoności atmosfer innych światów, także ze względu na obecne i przyszłe poszukiwania egzoplanet z warunkami mogącymi sprzyjać powstaniu i utrzymaniu życia.
Unikalne możliwości HST uwidaczniają się dziś również w szerokiej gamie programów naukowych, które będą realizowane dzięki obserwacjom w ramach obserwacyjnego Cyklu 31, rozpoczynającego się 1 grudnia 2023 roku. Około dwie trzecie czasu teleskopu będzie w nim poświęcone badaniom obrazowym, a pozostała część zostanie przeznaczona na badania spektroskopowe, takie jak te zastosowane w przypadku WASP-121 b. Więcej szczegółów na ten temat można znaleźć w niedawnym ogłoszeniu.
Czytaj więcej:
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Źródło: Space Telescope Science Institute / Phys.org
Na ilustracji: Artystyczna wizja egzoplanety WASP-121 b, znanej również jako Tylos. Jej wygląd opiera się na danych z obserwacji wykonanych za pomocą HST i wynikach symulacji komputerowych. Korzystając z tych wyników, inny zespół naukowy poinformował wcześniej o wykryciu metali ciężkich, takich jak magnez i żelazo, ulatniających się z górnej atmosfery tej ultragorącej egzoplanety. Tylos krąży bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej, w odległości równej około 2,6% odległości Ziemi od Słońca, co sprawia, że jest na skraju rozerwania przez siły pływowe gwiazdy. Potężne siły grawitacyjne doprowadziły już do zmiany kształtu planety. Międzynarodowy zespół astronomów zebrał i ponownie przetworzył obserwacje egzoplanety prowadzone w latach 2016, 2018 i 2019. Zapewniło to unikalny zestaw danych, który pozwolił nie tylko przeanalizować atmosferę WASP-121 b, ale także porównać stan tej atmosfery w ciągu kilku lat. Naukowcy znaleźli dowody na to, że atmosfera ta wyraźnie zmienia się w czasie. Zespół wykorzystał następnie zaawansowane techniki modelowania, aby wykazać, że te przemiany te można wyjaśnić wzorcami pogodowymi na Tylos (NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani)
