Senki sem hitte, hogy ilyen éghajlat egyáltalán létezhet

Az Európai Déli Obszervatórium óriásteleszkópja segítségével csillagászok most először térképezték fel egy exobolygó légkörének teljes térbeli struktúráját. Az adatokból a távoli bolygó klímájára is következtethetünk, amely különbözik mindentől, amit el tudtunk képzelni.

Csillagászoknak sikerült bepillantást nyerniük egy a mi Naprendszerünktől igen távoli bolygó légkörébe, és feltérképezték annak háromdimenziós szerkezetét. Az úttörő jelentőségű munka során, melyhez az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory, ESO) óriásteleszkópjának, a VLT-nek (Very Large Telescope) mind a négy alegységét bevetették, erőteljes szeleket azonosítottak az exobolygó körül, amelyek olyan elemeket szállítanak, mint a vas és a titán, és különleges időjárási mintázatokat hoznak létre. A felfedezés megnyitja a kaput további távoli világok atmoszférájának vegyi és meteorológiai elemzése felé.

Most először térképezték fel egy exobolygó légkörének teljes térbeli struktúráját.
Fotó: ESA/Hubble

Korábban azt gondolták, ilyen légkör csak a sci-fiben létezik 

„Ennek a bolygónak a légköre olyan viselkedést mutat, ami megváltoztatja az időjárás működéséről alkotott elképzeléseinket nemcsak a Földre, de minden más bolygóra vonatkozóan. Úgy érezzük magunkat, mintha egyenesen egy sci-fiből lépett volna elénk” – mondta el Julia Victoria Seidel, a Chilében található ESO kutatója és a Nature-ben megjelent közlemény vezető szerzője.

A WASP-121b jelű, de Tylos néven is ismert bolygó nagyjából 900 fényévre, a Hajófara (Puppis) csillagképben található. Óriásplanétáról van szó, egy szuperforró Jupiterről, amely annyira közel kering anyacsillagához, hogy egy év a bolygón csupán harminc földi órát tesz ki. A bolygó egyik fele, amelyik folytonosan a csillag felé néz, hőségtől fortyog, míg a másik fele sokkal hűvösebb.

A csillagászcsapat tagjai mélyen bepillantottak a Tylos légkörének belsejébe, és annak különböző rétegeiben jól elkülöníthető szeleket azonosítottak, így kialakították a légkör háromdimenziós térképét. Ez az első alkalom, hogy csillagászok ilyen mélységben és részletességgel voltak képesek egy Naprendszerünkön kívüli bolygó atmoszféráját tanulmányozni.

Meglepő dolgokat találtunk: egy gyorsan áramló magaslégköri folyó anyagot szállít a bolygó egyenlítője körül, míg a légkör alacsonyabb rétegeiben egy másik áramlat a forró oldalról a hűvösebb oldalra transzportálja a gázokat. Ilyesfajta klímát soha egyetlen bolygón sem láttunk még”

– szögezi le Seidel, aki egyúttal franciaországi Observatoire de la Côte d’Azur-höz tartozó Lagrange Laboratórium munkatársa. A magaslégköri áramlat a fél bolygót átöleli; útja során felgyorsul, és a bolygó forró oldalán áthaladva igen erőszakosan kavarja fel a légkör felső rétegeit. „Ehhez képest a Naprendszer legádázabb hurrikánjai is nyugalmasnak tűnnek” – teszi hozzá a kutatónő.

Így tanulmányozták az exobolygó légkörét

A kutatók az ESO óriásteleszkópjának ESPRESSO műszerét használták arra, hogy a négy nagy teleszkópegység által érzékelt fényt egyetlen jellé egyesítsék, s így felderíthessék az exobolygó légkörének háromdimenziós szerkezetét. A VLT ebben a kombinált üzemmódban négyszer annyi fényt gyűjt be, mint bármelyik alegysége egyenként, így halványabb részleteket is képes kivenni. Az ESPRESSO végigkísérte, amíg a bolygó teljesen elhalad anyacsillaga előtt, s ez idő alatt különböző kémiai elemekre utaló jeleket észlelt, amelyek a légkör különböző rétegeiből érkeztek.

„A VTL jóvoltából az exobolygó légkörének három rétegébe is betekinthettünk egy csapásra” – ismertette Leonardo A. dos Santos, a baltimore-i (USA) Space Telescope Science Institute (Űrteleszkóptudományi Intézet) segédcsillagásza és a tanulmány társszerzője. A csoport tagjai a vas, a nátrium és a hidrogén mozgásait vizsgálták, s ezen keresztül rendre a légkör mély, középső és felszínes rétegeiben zajló áramlásokat tudták nyomon követni. „Ezt a fajta megfigyelést nagyon nehéz űrteleszkópokkal kivitelezni, ami kiemeli a Földről végzett megfigyelések fontosságát az exobolygók kutatásában” – tette hozzá dos Santos.

A Tylos (vagy WASP-121b) egy gázhalmazállapotú, óriás exobolygó, amely körülbelül 900 fényévnyire található a Hajófara csillagképben. Az ESO Nagyon Nagy Teleszkópjának (VLT) ESPRESSO műszerével a tudósoknak sikerült betekintést nyerniük a bolygó légkörébe, feltárva annak háromdimenziós szerkezetét. Ez az első alkalom, hogy egy Naprendszeren kívüli bolygón ilyen részletes megfigyelést végeztek.
Fotó: ESO/M. Kornmesser

További érdekes adalékként a megfigyelések kimutatták a titán jelenlétét is éppen a magaslégköri gyorsáramlat alatt. Ezt a meglepő eredményt a szerzők az Astronomy and Astrophysics csillagászati szakfolyóiratban, a Nature cikkel egyszerre megjelentetett kísérőtanulmányukban ismertetik. Azért érte váratlanul a kutatókat a titán jelenléte, mert korábbi vizsgálatok nem találtak titánt a Tyloson, talán mert a bolygó légkörének mélyén rejtőzik.

„Döbbenetes, hogy lehetőségünk nyílt egy ennyire távoli bolygóval kapcsolatban olyan részleteket felderítenünk, mint a légkörének kémiai összetétele és időjárási mintázatai” – nyilatkozta Bibiana Prinoth, a svédországi Lund Egyetem doktorandusz hallgatója és az ESO munkatársa, aki a kísérőtanulmány vezető szerzője és a Nature-közlemény társszerzője.

Ahhoz, hogy a Tylosnál kisebb, Föld-méretű bolygók légkörét tanulmányozhassuk, még nagyobb teleszkópokra lesz szükségünk. 

Az egyik ilyen már épülőben van: ez lesz a chilei Atacama-sivatagban, az ESO területén létesülő Extremely Large Telescope (ELT) és a hozzá tartozó ANDES mérőeszköz.

„Az ELT egészen új távlatokat nyit majd az exobolygók légkörének vizsgálatában – állítja Prinoth. – A mostani kutatási tapasztalatunk nyomán az az érzésem, hogy hihetetlen felfedezések küszöbén állunk, amelyekről ma még csak álmodni tudunk.”