Odkrycia planet pozasłonecznych eksplodowały w ostatnich latach. W rzeczywistości, od 1 sierpnia 2017 r. Astronomowie zidentyfikowali 3639 egzoplanet w 2729 układach planetarnych i 612 układach wielu planet. I podczas gdy większość z nich została odkryta przez Keplera - który wykrył w sumie 5017 kandydatów i potwierdził istnienie 2494 egzoplanet od 2009 roku - inne instrumenty również odegrały ważną rolę w tych odkryciach.
Obejmuje to Kosmiczny Teleskop Hubble'a, który w ostatnich latach poświęcony był wykrywaniu atmosfer wokół odległych planet. Ostatnio wykorzystano go w badaniu, które dostarczyło jak dotąd najsilniejsze dowody na istnienie stratosfery - warstwy atmosfery, w której temperatura rośnie wraz z wysokością - wokół gazowego giganta położonego około 900 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
Badanie, zatytułowane „Ultra-gazowa gigantyczna egzoplaneta ze stratosferą”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Natura. Zespół kierowany przez Thomasa Evansa, pracownika naukowego z Astrophysics Group na University of Exeter, polegał na danych dostarczonych przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a NASA do badania planety znanej jako WASP-121b, gazowego giganta krążącego wokół żółto-białej gwiazdy, jest nieco większy niż nasz.
Sama planeta ma około 1,2 razy masę Jowisza, ma promień około 1,9 razy większy od Jowisza i ma okres orbitalny zaledwie 1,3 dnia. Wynika to z bliskiej odległości od Słońca, co czyni go szczególnie „Gorącym Jowiszem”. W rzeczywistości, gdyby ta egzoplaneta znajdowała się bliżej swojej gwiazdy, szacuje się, że grawitacja WASP-121 zacząłaby ją rozrywać.
To właśnie ta bliskość powoduje przegrzanie atmosfery planety, powodując wzrost temperatury do 2500 ° C (4600 ° F). Jak powiedział Mark Marley, badacz z Ames Research Center NASA i współautor badania, w oświadczeniu prasowym NASA:
„Ten wynik jest ekscytujący, ponieważ pokazuje, że wspólną cechę większości atmosfer w naszym Układzie Słonecznym - ciepłą stratosferę - można również znaleźć w atmosferach egzoplanetowych. Możemy teraz porównać procesy w atmosferze egzoplanetowej z tymi samymi procesami, które zachodzą w różnych zestawach warunków w naszym Układzie Słonecznym. ”
Podczas gdy Hubble znalazł w przeszłości możliwe oznaki stratosfer wokół WASP-33b i innych gorących Jowiszów, to nowe badanie przedstawia najsilniejsze jak dotąd dowody na istnienie stratosfery egzoplanetowej. Powodem tego są dane spektrograficzne uzyskane przez Hubble'a z atmosfery WASP-121b, które wskazują na obecność pary wodnej - co jest pierwszym, jeśli chodzi o gorące Jowisza.
Jak wyjaśnił Tom Evans - pracownik naukowy z University of Exeter i główny autor artykułu - odkrycia te potwierdziły coś, co astronomowie podejrzewali od pewnego czasu. „Modele teoretyczne sugerują, że stratosfery mogą określać odrębną klasę ultra-gorących planet, co ma ważne implikacje dla ich fizyki i chemii atmosfery”, powiedział. „Nasze obserwacje potwierdzają ten obraz”.
Aby zbadać stratosferę WASP-121b, zespół polegał na danych spektroskopowych zgromadzonych przez kamerę Wide Field Camera 3 Hubble'a. Po przeanalizowaniu różnych długości fal, które były częścią utwardzania światłem WASP-121b, zauważyli, że pewne długości fal świecą dość jasno w paśmie podczerwieni. Stwierdzili, że było to spowodowane obecnością pary wodnej na szczycie atmosfery planety.
„Emisja światła z wody oznacza, że temperatura rośnie wraz z wysokością” - powiedziała Tiffany Kataria, jedna ze współautorek badań z Jet Propulsion Laboratory. „Cieszymy się, kiedy będziemy obserwować, na jakich długościach takie zachowanie się utrzymuje w nadchodzących obserwacjach Hubble'a”.
WASP-121b jest nie tylko najbardziej przekonującym przykładem egzoplanety ze stratosferą, ale także interesującym ze względu na to, jak gorący jest ten gorący Jowisz. Na podstawie swoich danych zespół doszedł do wniosku, że temperatura w atmosferze rośnie wraz z wysokością, co jest charakterystyczną cechą stratosfery. W stratosferze Ziemi proces ten jest napędzany przez ozon, który zatrzymuje światło ultrafioletowe Słońca i podnosi temperaturę otaczających cząsteczek.
Jednak temperatura stratosfery na Ziemi nie przekracza 270 K (-3 ° C; 26,6 ° F). Gdy weźmie się pod uwagę inne planety słoneczne, które również mają stratosferę - na przykład Księżycowy Tytan Saturna, który doświadcza nagrzewania w wyniku oddziaływania promieniowania słonecznego, cząstek energetycznych i metanu - temperatura nie zmienia się o więcej niż 56 ° C (100 ° F). Ale w przypadku WASP-121b temperatura w stratosferze wzrasta o około 560 ° C (1000 ° F).
Nawet Venus, najgorętsza planeta w Układzie Słonecznym, nie może z tym konkurować! Na „planecie siostrzanej” na Ziemi temperatura utrzymuje się na stałym poziomie około 735 K (462 ° C; 863 ° F), co jest wystarczająco gorące, aby stopić ołów. Ale w WASP-121b temperatury osiągają ponad czterokrotnie wyższą temperaturę! Oznacza to, że atmosfera planety jest wystarczająco gorąca, aby stopić stal nierdzewną i inne metale - takie jak beryl, platyna i cyrkon.
Obecnie naukowcy nie wiedzą, jakie chemikalia powodują ten wzrost temperatury. Sugerowano jednak pewne możliwości, takie jak tlenek wanadu i tlenek tytanu. Nie tylko uważa się, że związki te są wspólne dla brązowych karłów (zwanych również „gwiazdami upadającymi”, które mają wiele wspólnego z gazowymi gigantami), ale także wymagają najwyższych możliwych temperatur, aby utrzymać je w stanie gazowym.
W każdym razie ten odległy gigant gazowy okazał się interesującym studium przypadku. W przyszłości badania nad tym i innymi „super gorącymi Jowiszami” prawdopodobnie będą stanowiły wyzwanie i poszerzą naszą obecną wiedzę na temat tego, jak kształtują się atmosfery i jak zachowują się w czasie.
