Koncepcja artysty pokazuje, jak mogłaby wyglądać egzoplaneta WASP-43 b, będąca gorącym gazowym olbrzymem. WASP-43 b to planeta wielkości Jowisza krążąca wokół gwiazdy oddalonej o około 280 lat świetlnych, w gwiazdozbiorze Sekstanu. Planeta krąży w odległości około 2,3 miliona mil (0,014 jednostek astronomicznych, AU), pokonując jeden obieg w około 19,5 godziny. Ponieważ WASP-43 b znajduje się tak blisko swojej gwiazdy, prawdopodobnie jest zablokowana pływowo: jej prędkość obrotu i okres orbitowania są takie same, tak że jedna strona jest przez cały czas zwrócona w stronę gwiazdy.
Pomiary temperatury oparte na ilości światła średniej podczerwieni o średnicy od 5 do 12 mikronów emitowanego przez planetę pokazują, że nocna strona jest prawdopodobnie pokryta grubymi, wysokimi chmurami. Pomiary spektroskopowe wskazują na obecność pary wodnej zarówno po stronie dziennej, jak i nocnej. Ponieważ jednak jest zbyt gorąco, aby istniała woda w stanie ciekłym, chmury prawdopodobnie składają się z drobnych ziaren minerałów, a nie z kropelek wody. Zaskakujący brak metanu po nocnej stronie sugeruje, że silne wiatry wschodnie mieszają gazy atmosferyczne na całej planecie. Ilustracja ta opiera się na nowych danych zebranych przez instrument średniej podczerwieni (MIRI) Webba, a także na wcześniejszych obserwacjach z innych teleskopów naziemnych i kosmicznych, w tym Hubble’a i Spitzera. Webb nie wykonał żadnych zdjęć planety. Źródło: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Naukowcy wykorzystali Teleskop Jamesa Webba do zbadania WASP-43b, odnajdując chmury na dużych wysokościach i duże różnice temperatur pomiędzy jego stroną dzienną i nocną. Ich odkrycia dostarczają wglądu w ekstremalny klimat i dynamikę atmosfery planety.
Jasmina Blecic, badaczka na Uniwersytecie Nowojorskim w Abu Dhabi, wraz z profesorem nadzwyczajnym Ianem Dobbs-Dixonem z Centrum Astrofizyki i Nauk o Przestrzeni Kosmicznej (CASS) oraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykorzystał zespół Transiting Exoplanet Early Release Science (JTEC-ERS). NASATeleskopu Jamesa Webba, aby odkryć nowe szczegóły na temat atmosfery olbrzyma egzoplanetapodobnej wielkości do Jowisz. Obejmuje to przełomowe obserwacje wypełnionych pyłem chmur planety.
W badaniu opublikowanym niedawno w Astronomia przyrodniczabadacze szczegółowo opisują, w jaki sposób testowali niezrównane możliwości instrumentu średniej podczerwieni Webba (MIRI) i obserwował całą orbitę WASP-43b, gigantycznej, wypełnionej gazem egzoplanety. Te obserwacje „krzywej fazowej” przeprowadzone podczas inauguracyjnego roku Webba ujawniły rozkład temperatur na całej planecie i rzuciły światło na klimat planetarny. Naukowcy odkryli gęste chmury i zaskakujący brak metanu na nocnej stronie planety, a także wszechobecną obecność wody w całej jej atmosferze. Po raz pierwszy udało się wywnioskować, że chmury znajdują się na nocnej stronie planety; odkryto je na znacznie większych wysokościach w atmosferze planetarnej w porównaniu z typowymi chmurami obserwowanymi na Ziemi.
Charakterystyka planetarna i orbita
WASP-43b ma porównywalny rozmiar i masę z Jowiszem, jednak znacznie różni się pod względem charakterystyki planetarnej. Jej gwiazda macierzysta, WASP-43A, jest znacznie chłodniejsza i bardziej czerwona od naszego Słońca i znajduje się około 86 lat świetlnych od Ziemi. WASP-43b krąży bardzo blisko swojej gwiazdy, w związku z czym rok trwa tylko 19,5 godziny. Ta bliskość powoduje, że obrót planety jest zsynchronizowany z jej orbitą, z jedną stroną zawsze zwróconą w stronę gwiazdy, podobnie do blokowania pływowego obserwowanego w przypadku naszego Księżyca. W rezultacie połowa planety (strona dzienna) jest stale oświetlona i bardzo gorąca, podczas gdy druga połowa (strona nocna) jest stale zacieniona i znacznie chłodniejsza.
„Obserwowaliśmy tę planetę podczas jej orbitowania wokół swojej gwiazdy za pomocą spektrometru podczerwieni, dzięki czemu mogliśmy badać światło wydobywające się z różnych obszarów jej atmosfery” – powiedział Blecic. „Pozwoliło nam to rozróżnić temperatury dzienne i nocne oraz zidentyfikować obecność chmur i różnych cząsteczek. Inna substancja chemiczna gatunek pochłaniają światło o różnych długościach fal w podczerwieni. Łącząc ten fakt z obserwacjami całej orbity, byliśmy w stanie ograniczyć skład chemiczny, zachmurzenie i redystrybucję ciepła w całej atmosferze oraz wyciągnąć wnioski na temat klimatu planety.”
Zespół odkrył, że stale oświetlona dzienna strona WASP-43b ma temperaturę aż do 2285°F (1250°C), podczas gdy nocna strona planety, mimo że jest stale zacieniona, wciąż jest bardzo gorąca i wynosi 600°C.
Ekstremalne klimaty i dynamika atmosferyczna
„Brak bezpośredniego światła słonecznego po nocnej stronie planety powoduje znaczne różnice temperatur między stroną dzienną i nocną, co powoduje powstawanie wyjątkowo silnych wiatrów” – powiedział Dobbs-Dixon, ekspert w dziedzinie trójwymiarowych modeli atmosfery i redystrybucji ciepła w atmosferach egzoplanetarnych . „Podczas gdy wiatry na Ziemi powstają w podobny sposób ze względu na zmiany temperatury, bliskość WASP-43b do gwiazdy macierzystej powoduje znacznie bardziej ekstremalne różnice temperatur. Wytworzyło to wiatry o prędkości tysięcy kilometrów na godzinę, znacznie przewyższające wiatry na Ziemi, kluczowe dla dystrybucji ciepła i kształtowania ogólnego klimatu planety”.
Ponadto porównania mapy temperatur planety ze złożonymi trójwymiarowymi modelami atmosfery wykazały, że ten kontrast temperaturowy jest silniejszy niż oczekiwano w przypadku atmosfery bezchmurnej. Sugeruje to, że nocna strona planety jest spowita grubą warstwą chmur, które blokują większość promieniowania podczerwonego, które w przeciwnym razie byłoby obserwowane. W przeciwieństwie do chmur wodnych na Ziemi, chmury na tej niezwykle gorącej planecie przypominają pył i składają się ze skał i minerałów.
Co zaskakujące, pomimo tej grubej warstwy chmur zespół JTEC-ERS wykrył również wyraźne sygnały wody na nocnej stronie planety. Pozwoliło im to po raz pierwszy określić wysokość i grubość chmur, ujawniając ich niezwykłą wysokość i gęstość w porównaniu z chmurami ziemskimi. Naukowcy wykryli także mieszanie napędzane wiatrem, zwane „nierównowagą chemiczną”, które szybko transportuje gaz przez atmosferę planety i skutkuje jednolitym składem chemicznym atmosfery.
Odniesienie: „Nocne chmury i chemia nierównowagi na gorącym Jupiterze WASP-43b” Taylor J. Bell, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Laura Kreidberg, Anjali AA Piette, Michael T. Roman, Joanna K. Barstow, Jasmina Blecic, Ludmila Carone, Louis-Philippe Coulombe, Elsa Ducrot, Mark Hammond, João M. Mendonça, Julianne I. Moses, Vivien Parmentier, Kevin B. Stevenson, Lucas Teinturier, Michael Zhang, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Benneke , Benjamin Charnay, Katy L. Chubb, Brice-Olivier Demory, Peter Gao, Elspeth KH Lee, Mercedes López-Morales, Giuseppe Morello, Emily Rauscher, David K. Sing, Xianyu Tan, Olivia Venot, Hannah R. Wakeford, Keshav Aggarwal , Eva-Maria Ahrer, Munazza K. Alam, Robin Baeyens, David Barrado, Claudio Caceres, Aarynn L. Carter, Sarah L. Casewell, Ryan C. Challener, Ian JM Crossfield, Leen Decin, Jean-Michel Désert, Ian Dobbs- Dixon, Achrène Dyrek, Néstor Espinoza, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Christiane Helling, Renyu Hu, Nicolas Iro, Eliza M.-R. Kempton, Sarah Kendrew, Thaddeus D. Komacek, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Jérémy Leconte, Monika Lendl, Neil T. Lewis, Joshua D. Lothringer, Isaac Malsky, Luigi Mancini, Megan Mansfield, Nathan J. Mayne, Thomas M. Evans-Soma, Karan Molaverdikhani, Nikolay K. Nikolov, Matthew C. Nixon, Enric Palle, Dominique JM Petit dit de la Roche, Caroline Piaulet, Diana Powell, Benjamin V. Rackham, Aaron D. Schneider, Maria E. Steinrueck, Jake Taylor, Luis Welbanks, Sergei N. Yurchenko, Xi Zhang i Sebastian Zieba, 30 kwietnia 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x
