Mapy rozkładu temperatury i pary wodnej na egzoplanecie, wykonane przez Hubble'a

Zespół naukowców korzystający z wyników z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a wykonał najbardziej szczegółową, globalną mapę planety krążącej wokół innej gwiazdy. Mapa ukazuje tajemnice rozkładu temperatury powietrza i wody. Dostarcza informacji na temat temperatury w różnych warstwach atmosfery oraz pozwala prześledzić ilość i rozkład pary wodnej na planecie. Odkrycia te niosą ze sobą konsekwencje dla zrozumienia dynamiki atmosfery i formowania się planet olbrzymów, takich jak Jowisz.

„Pomiary te otworzyły drzwi do nowego rodzaju planetologii porównawczej” – powiedział lider zespołu, Jacob Bean z Uniwersytetu Chicago. „Nasze obserwacje są pierwszymi w swoim rodzaju zapewniającymi warunki do stworzenia dwuwymiarowej mapy struktury termicznej planety, które można wykorzystać do ograniczonego przepływu powietrza i modeli dynamicznych dla gorących egzoplanet” – mówi inny członek zespołu, Kevin Stevenson z Uniwersytetu Chicago.

Obserwacje Hubble’a pokazują, że planeta, zwana WASP-43b, nie jest miejscem, które można by nazwać domem. To świat skrajności, gdzie na jego dziennej stronie wiatry wieją z prędkością dźwięku i mają temperaturę ponad 1600 stopni Celsjusza. Są tak gorące, że mogłyby stopić stal. Po nocnej stronie temperatura spada do 500 stopni Celsjusza. Na gorącej, gazowej kuli, głównie wodorowej, planeta nie ma cech powierzchniowych, takich jak oceany i kontynenty, których można by użyć do śledzenia jej rotacji. Tylko znaczne różnice temperatur pomiędzy dzienną i nocną stroną mogą posłużyć do zdalnych obserwacji, które pokażą upływ dnia na planecie.

WASP-43b znajduje się w odległości 260 lat świetlnych od Ziemi. Pierwszy raz została zaobserwowana w 2011 roku. Planeta jest zbyt odległa, by móc ją fotografować, ale ponieważ jej orbita jest skierowana do Ziemi bokiem (swoją płaszczyzną), astronomowie wykryli obiekt obserwując regularne spadki jasności gwiazdy macierzystej, gdy przechodził na tle jej tarczy. Planeta jest podobnych rozmiarów co Jowisz, ale blisko dwa razy masywniejsza. Jej orbita wokół pomarańczowego karła jest tak ciasna, że okrąża swoją gwiazdę w czasie zaledwie 19,5 godziny. Planeta jest również grawitacyjnie zablokowana tak, że cały czas jest zwrócona jedną półkulą w kierunku gwiazdy, podobnie jak Księżyc do Ziemi.

Naukowcy skorzystali z dwóch poprzednich metod analizy egzoplanet i pierwszy raz użyli ich razem, aby badać atmosferę WASP-43b. Spektroskopia pozwoliła ustalić występowanie wody i struktury temperatury atmosfery. Obserwując rotację planety, astronomowie mogli także zmierzyć obfitość wody i temperatury na różnych długościach "geograficznych".

Ponieważ w naszym Układzie Słonecznym nie ma planety, która miałaby tak surowe warunki, charakterystyka atmosfery tego dziwacznego świata stanowi unikalne laboratorium dla lepszego zrozumienia powstawania planet, a także fizyki planetarnej. „Planeta jest tak gorąca, że cała woda w jej atmosferze jest formie pary wodnej, zamiast kondensować się w lodowe chmury, jak to ma miejsce na Jowiszu” – mówi członek zespołu Laura Kreidberg z Uniwersytetu Chicago. „Uważa się, że woda odgrywa ważną rolę w procesie tworzenia się planet olbrzymów, ponieważ ciała kometo-podobne bombardują młode planety, dostarczając większość wody i innych cząstek, które możemy obserwować” – powiedział Jonathan Fortney, członek zespołu z Uniwersytetu California w Santa Cruz.

Obfitość wody w planetach olbrzymach w naszym Układzie Słonecznym jest słabo znana, gdyż jest ona zamarznięta w postaci lodu, który wytrąca się w górnych częściach atmosfery. Ale na „gorących Jowiszach” – czyli dużych planetach, takich jak Jowisz, które mają wysoką temperaturę powierzchniową, ponieważ krążą blisko swoich gwiazd – woda ma postać pary, która może być łatwo wyśledzona. Kreidberg podkreśla także, że zespół nie tylko wykrył wodę w atmosferze WASP-43b, ale również precyzyjnie zmierzył, ile jej tam jest i jak jest rozmieszczona na różnych długościach. Aby móc zrozumieć, jak planety olbrzymy powstają, astronomowie chcą wiedzieć, w jaki sposób wzbogacają się w różne pierwiastki. Zespół odkrył, że WASP-43b ma taką samą ilość wody, jakiej moglibyśmy się spodziewać dla obiektu o takim samym składzie chemicznym, jak Słońce. Kreidberg powiedziała, że to mówi nam coś fundamentalnego o tym, jak powstają planety. Po raz pierwszy astronomowie mogli zaobserwować trzy pełne obiegi tej planety wokół gwiazdy, co nastąpiło w ciągu czterech dni. Według Jean-Michel Désert z Uniwersytetu Colorado, w Boulder, było to niezbędne do wykonania bardzo dokładnych pomiarów.

Więcej informacji:

• Hubble Maps the Temperature and Water Vapor on an Extreme Exoplanet