Zespół naukowców z MIT jako pierwszy w historii pomyślnie zaoferował wgląd w atmosferę ciemnej strony tak zwanego gorącego Jowisza, mapując zawartość wody i temperatury planety WASP-121b. Pokazał on w ten sposób, jak bardzo różnią się od siebie jej dwie strony. Cóż, nie mogłyby różnić się bardziej.
Gorący Jowisz z wodą w atmosferze
WASP-121b, odkryta w 2015 roku, znajduje się jakieś 850 lat świetlnych z dala od Ziemi, w gwiazdozbiorze Rufy. Charakteryzuje się masą 1,18 razy większą niż masa Jowisza i średnicą o jakieś 1,81 razy większą niż średnica Jowisza.
WASP-121b krąży wokół gwiazdy podobnej pod względem rozmiarów i masy do Słońca, jednak będącą gwiazdą klasy F. Aby wykonać wokół niej pełne okrążenie WASP-121b potrzebuje 1,27 dnia, co ma związek z niewielkim dzielącym obiekty dystansem. Ten sam dystans powoduje, że WASP-121b jedną stroną jest stale zwrócona w kierunku WASP-121.
Dwa lata po tym, gdy odkryto WASP-121b, okazało się, że jest to pierwsza poznana egzoplaneta, w stratosferze której wykryto wodę. Niemniej, istnieją nikłe szanse na to, że planeta ta sprzyja występowaniu życia. To dlatego, że temperatury w jej atmosferze wahają się od 1227 do 2727 stopni Celsjusza. Inne obserwacje planety doprowadziły do wykrycia w jej atmosferze oparów metali ciężkich.
Co istotne, wszystkie dotychczasowe badania WASP-121b dotyczyły jej jasnej strony. Nie bez powodu. Jako że druga strona planety jest około dziesięć razy ciemniejsza niż jej dzienna strona, trudno wejrzeć w jej atmosferę. Aby uzyskać pierwsze szczegółowe informacje na jej temat, uczeni z MIT wykorzystali Kosmiczny Teleskop Hubble’a i przyjrzeli się WASP-121b, podczas gdy ta dwukrotnie okrążyła swoją gwiazdę, w roku 2018 i 2019. Następnie połączono dane pochodzące z dziennej i nocnej strony planety, by dowiedzieć się, jakie procesy zachodzą w jej atmosferze w skali globalnej. Dzięki temu udało poznać obieg wody, jaki ma miejsce na tej planecie.
Zachowanie wody na planecie oddalonej o 850 lat świetlnych
Na Ziemi obieg wody obejmuje jej przejścia ze stanu gazowego w ciekły, z ciekłego w stały i tak dalej. Na WASP-121b wygląda on zgoła inaczej, a to dlatego, że nawet po jej nocnej stronie temperatury są zbyt wysokie, by woda występowała w stanie ciekłym.
Na dziennej stronie planety, gdzie temperatura przekracza 3000 Kelvinów, utrata energii przez wodę powoduje, że jej cząsteczki emitują światło podczerwone. Wysoka temperatura sprawia nawet, że te się rozkładają do atomów wodoru i tlenu. Nocna strona jest znacznie chłodniejsza, o jakieś 1500 Kelvinów, co sprawia, że między dwiema półkulami planety występuje ogromna i nieustanna różnica ciśnień. Ta powoduje z kolei, że w atmosferze planety wieją silne wiatry, porywające ze sobą atomy wodoru i tlenu.
Gdy wiatr niosący wodór i tlen dociera z dziennej strony WASP-121b na nocną, atomy ponownie zaczynają łączyć się w cząsteczki wody. Woda ta nie kondensuje jednak i nie tworzy chmur. Występującą tam temperatury powinny powodować, że chmury powinny powstawać z oparów takich metali jak wanad, żelazo, chrom, wapń, sód, magnez i nikiel.
Badacze z MIT są przekonani, że innych metali, a dokładniej mówiąc aluminium i tytanu, nie udało się wykryć, ponieważ te zatopiły się niżej w atmosferze planety. Tam aluminium może łączyć się z tlenem, tworząc korund – krystaliczną postać tlenku glinu. Co ciekawe na Ziemi, po zmieszaniu ze śladowymi ilościami innych metali, takich jak wanad, żelazo, chrom czy tytan, korund tworzy rubiny i szafiry. Oznacza to, że na WASP-121b może padać deszcz w postaci drogocennych klejnotów.
W przyszłości astronomowie zamierzają dokładniej przyjrzeć się WASP-121b z pomocą nowo wystrzelonego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Mają oni nadzieję, że dzięki niemu wykryją w atmosferze planety tlenek węgla i dowiedzą się więcej na temat tego, jak tak zwane gorące Jowisze powstają.
Źródło: EurekAlert, fot. tyt. Mikal Evans