Gvozdeni oblaci, titanijumske kiše i ekstremni vetrovi

Povezane objave

• Klimatske promene na Zemlji pratiće satelit 21/07
• Epidemija kuge možda nije ubila polovinu evropskog stanovništva, kako se ranije mislilo 18/02
• Amazon predstavio prodavnicu budućnosti! 06/12

Otkrivena tamna strana „vrelog Jupitera“: gvozdeni oblaci, titanijumska kiša i ekstremni vetrovi.

Na noćnoj strani planete verovatno se nalaze gvozdeni oblaci, titanijumska kiša i vetrovi koji mlazna strujanja na Zemlji čine patuljastim.

Astronomi MIT-a su dobili najjasniji pogled do sada na večno tamnu stranu egzoplanete koja je „plimno zaključana“ za svoju zvezdu. Njihova zapažanja, u kombinaciji sa merenjima stalne dnevne strane planete, pružaju prvi detaljan pogled na globalnu atmosferu ove egzoplanete.

„Sada idemo dalje od pravljenja izolovanih snimaka specifičnih regiona atmosfere egzoplaneta, da bismo ih proučavali kao 3D sisteme koji oni zaista jesu“, kaže Tomas Mikal-Evans, koji je vodio studiju kao postdoktorand na MIT-ovom Kavli institutu za astrofiziku i svemirska istraživanja.

Planeta u centru nove studije, koja je objavljena 21. februara 2022. u Nature Astronomy, je WASP-121b, masivni gasni gigant, gotovo dvostruko veći od Jupitera. Za ovu planetu se može reći da je ultravreli Jupiter. Otkrivena je 2015. kako kruži oko zvezde udaljene oko 850 svetlosnih godina od Zemlje. WASP-121b ima jednu od najkraćih orbita otkrivenih do sada, obilazeći svoju zvezdu za samo 30 sati. Takođe je plimski zaključan, tako da se njegova „dnevna“ strana okrenuta zvezdi trajno prži, dok je njena „noćna“ strana zauvek okrenuta ka svemiru.

„Vreli Jupiteri su poznati po tome što imaju veoma svetle dnevne strane, ali njihova noćna strana je sasvim drugačija zverka. Noćna strana WASP-121b je oko 10 puta bleđa od dnevne”, kaže Tansu Dailan, postdoktorka MIT-a i koautorka studije, koja radi na NASA-inoj misiji TESS, koju vodi MIT.

Astronomi su još ranije otkrili vodenu paru i proučavali kako se atmosferska temperatura menja s visinom na dnevnoj strani planete.

Nova studija donosi mnogo detaljniju sliku. Istraživači su uspeli da mapiraju dramatične promene temperature sa dnevne na noćnu stranu i da vide kako se te temperature menjaju s visinom. Takođe su pratili prisustvo vode kroz atmosferu kako bi po prvi put pokazali kako voda cirkuliše između dnevne i noćne strane planete.

Dok na Zemlji voda kruži tako što prvo isparava, zatim se kondenzuje u oblake, a potom pada u vidu kiše, na WASP-121b, ciklus kretanja vode je daleko intenzivniji: na dnevnoj strani, atomi koji čine vodu raskidaju se na temperaturama preko 3.000 kelvina. Ovi atomi se raznose na noćnu stranu, gde niže temperature dozvoljavaju atomima vodonika i kiseonika da se ponovo kombinuju u molekule vode, koji se zatim vraćaju na dnevnu stranu, gde ciklus počinje ponovo.

Tim je izračunao da vodeni ciklus planete održavaju vetrovi koji vitlaju atome oko planete brzinom do 5 kilometara u sekundi, ili više od 18.000 kilometara na sat.

Takođe se čini da voda nije jedina koja kruži planetom. Astronomi su otkrili da je noćna strana dovoljno hladna da primi egzotične oblake gvožđa i korunda, minerala koji čini rubine i safire. Ovi oblaci, poput vodene pare, mogu se okretati na dnevnu stranu, gde visoke temperature isparavaju metale u gasovitu formu. Na putu se može pojaviti egzotična kiša, kao što su tečni dragulji iz oblaka korunda.

„Ovim zapažanjem zaista dobijamo globalni uvid u meteorologiju egzoplaneta“, kaže Mikal-Evans.

Koautori studije uključuju saradnike s MIT-a, Univerziteta Džons Hopkins, Caltecha i drugih institucija.

Dan i noć

Tim je posmatrao WASP-121b pomoću spektroskopske kamere na NASA-inom svemirskom teleskopu Habl. Ovaj instrument posmatra svetlost emitovanu s planete i njene zvezde i razbija je na njene sastavne talasne dužine, čiji intenziteti daju astronomima tragove o temperaturi i sastavu atmosfere.

Kroz spektroskopska istraživanja, naučnici su posmatrali atmosferske detalje na dnevnim stranama mnogih egzoplaneta. Međutim, učiniti isto za noćnu stranu je daleko teže, jer zahteva praćenje sitnih promena u čitavom spektru planete dok kruži oko svoje zvezde.

Za novu studiju, tim je posmatrao WASP-121b kroz dve pune orbite, jednu 2018., a drugu 2019. Za oba posmatranja, istraživači su pregledali podatke o svetlosti za određenu liniju ili spektralnu karakteristiku, koja ukazuje na prisustvo vodene pare.

„Videli smo ovo obeležje vode i mapirali kako se menja u različitim delovima orbite planete“, kaže Mikal-Evans. „To kodira informacije o tome šta radi temperatura atmosfere planete u funkciji visine.“

Karakteristika vode koja se menja pomogla je timu da mapira profil temperature i dnevne i noćne strane. Otkrili su da se dnevna strana kreće od 2.500 kelvina u najdubljem vidljivom sloju, do 3.500 K u njegovim najvišim slojevima. Noćna strana se kretala od 1.800 K u svom najdubljem sloju do 1.500 K u gornjoj atmosferi. Zanimljivo je da su se temperaturni profili preokrenuli, rastući s visinom na dnevnoj strani, što je „termalna inverzija“ u meteorološkoj terminologiji, opadajući s visinom na noćnoj strani.

Istraživači su zatim preneli temperaturne mape kroz različite modele za identifikaciju hemikalija, koje će verovatno postojati u atmosferi planete, s obzirom na specifične visine i temperature. Ovo modeliranje je otkrilo potencijal za metalne oblake, kao što su gvožđe, korund i titanijum na noćnoj strani.

Iz njihovog mapiranja temperature, tim je takođe primetio da je najtopliji region planete pomeren istočno od „podzvezdanog“ regiona direktno ispod zvezde. Zaključili su da je ovo pomeranje posledica ekstremnih vetrova.

„Gas se zagreva u podzvezdanoj tački, ali biva izduvan na istok pre nego što može ponovo da zrači u svemir“, objašnjava Mikal-Evans.

Na osnovu veličine smene, tim procenjuje da brzina vetra dostiže oko 5 kilometara u sekundi.

„Ovi vetrovi su mnogo brži od mlaznog toka na Zemlji i verovatno mogu da pomere oblake preko cele planete za oko 20 sati“, kaže Dejlan, koja je vodila prethodne radove na planeti koristeći TESS.

Astronomi su rezervisali vreme na svemirskom teleskopu Džejms Veb da posmatraju WASP-121b kasnije ove godine i nadaju se da će mapirati promene ne samo u vodenoj pari već i u ugljen-monoksidu, za koji naučnici sumnjaju da bi trebalo da se nalazi u atmosferi.

„To bi bio prvi put da bismo mogli da izmerimo molekul koji nosi ugljenik u atmosferi ove planete“, kaže Mikal-Evans. “Količina ugljenika i kiseonika u atmosferi daje naznake o tome gde se ove vrste planeta formiraju.”