Csillagászok egy csoportjának először sikerült „betekintenie” egy Naprendszeren kívüli bolygó légkörébe, feltérképezve ezzel annak háromdimenziós szerkezetét. Az Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Távcsöve (ESO VLT) négy távcsőegységének kombinálásával viharos szeleket detektáltak, amelyek olyan kémiai elemeket szállítanak, mint a vas vagy a titán, és bonyolult időjárási mintázatokat hoznak létre a bolygó légkörében. A felfedezés lehetőséget teremthet más idegen világok kémiai összetételének és időjárásának részletes tanulmányozására is.
„A bolygó légkörének viselkedése megkérdőjelezi az időjárás működéséről alkotott eddigi elképzeléseinket ‒ nemcsak a Földön, hanem az összes bolygón is. Olyan, mintha a sci-fi történetből lépett volna elő” ‒ ecsetelte Julia Victoria Seidel, a Chilében működő Európai Déli Obszervatórium (ESO) és a franciaországi Observatoire de la Côte d’Azur Lagrange Laboratóriumának kutatója, a Nature folyóiratban megjelent, az eredményeket részletező tanulmány vezető szerzője.
A WASP‒121b jelű (más néven Tylos) bolygó mintegy 900 fényévre van tőlünk a Puppis csillagkép irányában. Gázóriás, egy (ultra)forró jupiter, amely olyan közel kering a gazdacsillagához, hogy egy év hossza ott csak körülbelül 30 földi óra. Ráadásul a bolygó egyik oldalán perzselő hőség uralkodik, mivel az mindig a csillaga felé néz, míg a másik oldala sokkal hűvösebb. (A bolygó keringése úgynevezett kötött keringés, azaz a tengelyforgási periódusa megegyezik a keringési periódusával, így mindig ugyanazt az oldalát fordítja a csillaga felé. Ez a dinamikai szinkronizáció jellemző a csillagukhoz közel keringő bolygókra, de ilyen például a Hold Föld körüli mozgása is, ezért látjuk kísérőnknek mindig ugyanazt az oldalát.)
A kutatócsoportnak a megfigyelésekkel sikerült mélyen a Tylos légkörébe hatolnia, ahol a különböző rétegekben elkülönülő szélrendszereket fedezett fel, kialakítva így a légkör 3D-s szerkezetének térképét. Ez az első alkalom, hogy a csillagászok ilyen mélységben és részletességgel tudták tanulmányozni egy Naprendszeren kívüli bolygó légkörét.
„Meglepő, amit találtunk: egy futóáramlás forgatja az anyagot a bolygó egyenlítője körül, míg egy külön áramlás a légkör mélyebb rétegeiben a forró oldalról a hűvösebb oldalra mozgatja a gázt. Ilyen légkörzést még soha nem láttunk egyetlen bolygón sem” ‒ mondta Seidel. A megfigyelt futóáramlás a bolygó felén átível, egyre gyorsul és hevesen felkavarja a légkört a magasban, ahogyan áthalad a Tylos forró oldalán. „Ehhez képest még a Naprendszer legerősebb hurrikánjai is csak enyhe fuvallatok” ‒ tette hozzá.
Az exobolygólégkör 3D-s szerkezetének feltárásához a kutatócsoport az ESO VLT távcsőegyüttesének ESPRESSO műszerét használta, hogy a négy nagy távcsőegység által gyűjtött fényt egyetlen nyalábbá egyesítse. A VLT ezen kombinált üzemmódjában négyszer annyi fényt gyűjt össze, mint az egyedi távcsövek, így halványabb részleteket is feltár. Azáltal, hogy az ESPRESSO a bolygó gazdacsillag előtti teljes átvonulását megfigyelte, több kémiai elem jelét is képes volt észlelni, így a légkör különböző rétegeit tudta vizsgálni.
„A VLT lehetővé tette számunkra, hogy az exobolygó légkörének három különböző rétegét vizsgáljuk egyszerre” ‒ erősítette meg Leonardo A. dos Santos, a tanulmány társszerzője, a baltimore-i Space Telescope Science Institute (STScI) csillagásza. A csapat nyomon követte a vas, a nátrium és a hidrogén mozgását, ami lehetővé tette számukra, hogy feltérképezzék a bolygó légkörének mély, középső és felső rétegében fújó szelek rendszereit. „Ezt a fajta megfigyelést űrteleszkópokkal nagyon nehéz elvégezni, ez pedig rávilágít az exobolygók földi megfigyelésének fontosságára” ‒ hangsúlyozta Santos.
Érdekes módon a megfigyelések során titán jelenlétére is fény derült közvetlenül a futóáramlás alatt, amint azt az Astronomy and Astrophysics című szaklapban megjelent kísérő tanulmány is kiemeli. Ez újabb meglepetés volt, mivel a bolygó korábbi megfigyelései nem utaltak ezen elem jelenlétére, valószínűleg azért, mert a légkör mélyén rejtőzik.
„Szinte hihetetlen, hogy ilyen hatalmas távolságból is képesek vagyunk olyan részleteket tanulmányozni, mint egy bolygó kémiai összetétele és időjárási mintázatai” ‒ mondta Bibiana Prinoth, a svédországi Lund Egyetem és az ESO PhD-hallgatója, aki a kísérő tanulmányt vezette, és társszerzője a Nature-ben megjelent tanulmánynak.
A kisebb, Földhöz hasonló bolygók légkörének feltárásához azonban nagyobb távcsövekre lesz szükség. Ezek közé tartozik majd az ESO ELT műszere (Extremely Large Telescope, Rendkívül Nagy Távcső), amely a chilei Atacama-sivatagban épül, és annak ANDES műszere. „Az ELT forradalmasítja az exobolygók légkörének tanulmányozását” ‒ hívta fel a figyelemet Prinoth. „A mostani eredmény azt jelzi, hogy hihetetlen dolgok felfedezésének küszöbén állunk, amelyekről most még csak álmodhatunk.”
Forrás: ESO2504 PR
- Kémiai analízis és exobolygó-légkörök:
https://meteorarchiv.mcse.hu/2020/Meteor-2020-01.pdf#page=9
