Webb sprawdza pogodę 280 lat świetlnych od Ziemi

Oczywiście Webb, który dopiero co zachwycił nas zbliżeniem na mgławicę Koński Łeb, nie umożliwi opracowania kompletnej prognozy, nie będzie informacji, że na tym kontynencie warto spędzić wakacje, a tutaj lepiej nie, gdzie jeździć na nartach, a gdzie pływać w oceanie. Z prostego powodu, rzeczona planeta znajduje się 280 lat świetlnych od nas i nie bardzo wiemy jak naprawdę wygląda. Wiemy za to, że jest gorącym gazowym gigantem, więc bliżej jej do Jowisza niż Ziemi. Ale też takiego specjalnego Jowisza, zwanego gorącym.

WASP-43 b, o której tu mowa, obiega bowiem swoją gwiazdę w niespełna 20 godzin w odległości jedynie 1,3 miliona kilometrów od macierzystej gwiazdy. To mniejsza od Jowisza planeta, ale o masie 1,8 masy tego gazowego giganta.

Jak planeta może obiegać bardzo blisko gwiazdę i nie wyparować?

Sonda Parker Solar Probe zbliża się na kilka milionów kilometrów od Słońca i to jest już prawie jak zanurzanie się w jego koronie, a Merkury, na którego oświetlonej stronie panuje piekło, znajduje się 25 razy dalej od Słońca niż WASP-43 b od swojego słońca. Jak więc ta planeta może w ogóle istnieć?

Z pomocą przychodzi tu natura, bo okazuje się, że bardzo wiele takich gorących Jowiszów, które wykrywamy, obiega mniejsze i znacznie chłodniejsze gwiazdy niż Słońce. Gwiazda macierzysta systemu WASP-43 to gwiazda typu widmowego K o temperaturze powierzchniowej około 4500 stopni Celsjusza i średnicy około 70 procent słonecznej. Ta pozornie nie największa różnica wystarczy, by świeciła z mocą 10 razy mniejszą niż nasza dzienna gwiazda.

Jednocześnie 1,3 miliona kilometrów to na tyle niewiele, że nawet tak słabo świecąca gwiazda jest w stanie mocno ogrzać powierzchnię WASP-43 b. Ta planeta jest na dodatek pływowo zablokowana, co oznacza, że jedna jej strona jest stale zwrócona do gwiazdy, a druga ginie w mroku. Choć zewnętrzna powłoka planety to jedynie gęsta atmosfera, to mogą tam się tworzyć i ewoluować chmury.

Skierowana w stronę gwiazdy część planety rozgrzana jest do 1250 stopni Celsjusza - temperatury w której mięknie żelazo, z kolei część pochłonięta w mroku ma jedynie 600 stopni Celsjusza. To wciąż bardzo dużo, więcej nawet niż na oświetlonej przez Słońce półkuli Merkurego. Wiejące tam wiatry osiągają prędkość rzędu 8 tysięcy kilometrów na godzinę - to cztery razy szybciej niż na Neptunie. Wiemy też, że po nocnej stronie WASP-43 b może występować gruba powłoka bardzo wysoko położonych chmur, a po stronie oświetlonej niebo, o ile można tak mówić, jest ich pozbawione.

Jednak jak to możliwe, że coś takiego można powiedzieć o powierzchni planety 280 lat świetlnych od nas, skoro nie możemy zobaczyć bezpośrednio jej powierzchni?

Wielu osobom Webb może kojarzyć się, podobnie jak Hubble, jako teleskop, który przede wszystkim wykonuje piękne zdjęcia. I owszem, fotografie także są wartościowe, ale ważne są nie tylko jako całość, ale także w swoich najdrobniejszych szczegółach. W opisanym tu przypadku kluczowy okazał się instrument MIRI do obserwacji w średniej podczerwieni.

Astronomowie są w stanie z obrazów uzyskanych przez Webba wydobyć bardzo dokładne pomiary jasności obiektów w podczerwieni, które przekładają się na dane na temat temperatury obserwowanego obiektu. Z kolei obserwacje spektroskopowe są skarbnicą wiedzy na temat składu chemicznego. Te informacje to znakomity punkt wyjścia dla modeli klimatycznych. Posiłkując się mocą dzisiejszych superkomputerów, są w stanie przewidzieć spodziewane warunki pogodowe na planecie.

Podejrzenia co do występowania pary wodnej na nasłonecznionej części WASP-43 b i chmur po stronie ciemnej pojawiły się już dzięki obserwacjom teleskopu Hubble’a - planetę odkryto w 2011 roku. Jednak postawiona na ich podstawie teza była bardzo wątpliwa. Dane z Webba czynią ją prawdopodobną.

Co wspólnego ma kosmiczny teleskop umieszczony 1,5 miliona kilometrów od Ziemi i szkło powiększające, atrybut słynnego detektywa z powieści i opowiadań Artura C. Doyle’a. Lupa to atrybut wszechstronnie wykształconego Sherlocka Holmesa, a Webb astronomów. Tak jak Holmes łączył elementy kryminalnych układanek w całość, by wskazać winnego, tak naukowcy łączą obserwacje z Webba i wiedzę o klimacie, by poznać warunki na WASP-43 b.

Precyzyjne dane Webb uzyskał mierząc jasność układu WASP-43 co 10 sekund przez 24 godziny. Udało się w ten sposób zaobserwować dwa zakrycia planety przez gwiazdę i jedno wywołane przez nią zaćmienie. W ten sposób opracowano mapę temperatury na planecie, choć rejestrowane było łączne światło planety i gwiazdy. Z tej mapy wyciągnięto wnioski na temat panujących tam warunków.

Obserwacje spektroskopowe planety uzupełniły ten obraz. Brak metanu w atmosferze WASP-43 b doprowadził do wniosków na temat wiejących tam wiatrów. Kiedyś, bo w praktyce planeta objawia nam swoje oblicze sprzed 280 lat. Choć nie powinna znacząco się zmienić przez ten czas.

Źródło: Webb, inf. własna