Astronomowie znaleźli „piekielną” planetę

Astronomowie po raz pierwszy zbadali właściwości stratosfery jednej z gigantycznych egzoplanet i odkryli, że jest rozpalona do takiej temperatury, że mogłaby odparowywać żelazo i inne metale – głosi artykuł opublikowany w piśmie „Nature”.

„Kiedy po raz pierwszy skierowaliśmy Hubble’a na WASP-121b, zobaczyliśmy lśnienie molekuł wody, co wskazywało na obecność wyraźnej stratosfery na tym „gorącym jowiszu”. Nasze obliczenia dość dawno wskazywały, że niektóre planety mogą mieć gorącą stratosferę, mocno wpływającą na chemię i fizykę całej atmosfery” – powiedział Tom Evans z Uniwersytetu Exeter (Wielka Brytania). 

Piekielne światy

W ciągu ostatnich dziesięciu lat astronomowie odkryli tysiące planet poza granicami Układu Słonecznego, z których część jest podobna do Ziemi pod względem rozmiarów, a inne są zwiększoną lub zmniejszoną kopią Jowisza. W tej chwili planetolodzy aktywnie pracują nad zbadaniem ich atmosfery dla oceny tego, czy może istnieć na nich życie, oraz odkrycia historii ich powstawania. 

Wielkie sukcesy w tym kierunku zostały osiągnięte przy badaniu „gorących jowiszy” – największych i najwygodniejszych do zbadania planet Układu Słonecznego. Ich rozpalona atmosfera okazała sie podobna pod względem składu do gazowych pierścieni Jowisza i Saturna, głównie składa się z  wodoru, helu i węglowodorów, a w ich niebach astronomowie odkryli egzotyczne szklane i ołowiowe chmury oraz deszcze z drogocennych kamieni. 

Jak opowiada Evans, naukowcy dość dawno podejrzewali, że wiele „gorących jowiszy”, dysponujących rekordowo wysokimi temperaturami powierzchni i atmosfery, mogą mieć jeszcze bardziej rozpaloną stratosferę, której temperatura, jak i w atmosferze ziemskiej, rośnie w miarę oddalania się od powierzchni gazowego giganta. 

Istniejące dziś teleskopy są zbyt małe, aby bezpośrednio obserwować atmosferę takich planet, dlatego naukowcy muszą szukać ich śladów w świetle gwiazd, wokół których krążą „gorące jowisze”, opierając się na właściwościach ziemskiej stratosfery i komputerowych modelach rozpalonych gazowych gigantów. 

Problem polega na tym, że naukowcy nie wiedzieli, jakie substancje lub molekuły mogą służyć za odpowiednik ozonu, głównego winowajcy podgrzewania się stratosfery na Ziemi. Molekuły ozonu, jak wyjaśniają badacze, pochłaniają promienie ultrafioletowe i przemieniają je w ciepło, dzięki czemu stratosfera jest cieplejsza „na górze”, gdzie takich promieni jest więcej, niż „na dole”, dokąd trafiają one o wiele rzadziej. 

Pod żelaznymi obłokami

Evans i jego zespół próbowali znaleźć takie molekuły, analizując spektrum najgorętszych egzoplanet za pomocą Hubble’a. Obserwując niedawno odkrytą planetę WASP-121b, „gorący jowisz” w gwiazdozbiorze Rufy, naukowcy odkryli kilka skrajnie niezwykłych linii w ich spektrum, wskazujących na obecność mocno rozgrzanych par wodnych, oraz innych substancji, zdolnych rozgrzać wodę do tak wysokich temperatur. 

Próbując zrozumieć, jakie konkretnie substancje zawarte są w atmosferze WASP-121b, naukowcy stworzyli model komputerowy tego „gorącego jowisza”. Wykorzystując tę wirtualną planetę, astronomowie dodali do jej atmosfery różne substancje i obserwowali to, jak zmienia się jej spektrum przy zmianie zestawu i koncentracji tych związków. 

Takie podejście pomogło im udowodnić, że górna warstwa atmosfery WASP-121b rzeczywiście jest podobna do stratosfery, w której rolę ozonu odgrywają dwie substancje: tlenek tytanu i tlenek wanadu, których nanocząsteczki i molekuły pochłaniają ultrafiolet jeszcze silniej niż ozon. 

Dzięki tym związkom górna warstwa stratosfery WASP-121b jest mniej więcej o 1100-1500 stopni Kalwina gorętsza, niż jej dolna część, a temperatury w niej osiągają rekordowe  2700 stopni Kalwina. To oznacza, że żelazo, trafiające do tej części atmosfery  WASP-121b, nie tylko zaczęłoby się stapiać, ale i mogłoby się nawet „zagotować” i wyparować.

To odkrycie, jak uważają Evans i jego zespół, potwierdza, że istnieją dwie klasy „gorących jowiszy”, posiadających lubi nieposiadających stratosferę. Dalsze badanie WASP-121b i odkrycie innych planet takiego rodzaju, zdaniem planetologów, pomoże nam zrozumieć, co właściwie je wyróżnia i tworzy tego rodzaju „piekielne” światy.