James Webb -teleskooppi löysi päivittäisen hiekkapilvien kierron WASP-94A b -eksoplaneetalta

Miten JWST havaitsi sääkierron

WASP-94A b kulkee ajoittain tähtensä editse Maasta katsottuna, mitä kutsutaan transiitiksi. Transiitin aikana osa tähden valosta suodattuu planeetan ilmakehän läpi. Analysoimalla eri aallonpituuksien valon absorptiota tutkijat voivat määrittää ilmakehän koostumuksen transmissiospektroskopiaksi kutsutulla menetelmällä.

Sen sijaan, että koko ilmakehän reunaa olisi käsitelty yhtenäisenä, tutkijat jakoivat datan kahteen osaan:

• Ingressi: planeetan puoli, joka saapuu transiittiin ensin – vastaa planeetan pysyvää aamuhämärää.
• Egressi: puoli, joka poistuu transiitista myöhemmin – vastaa planeetan pysyvää iltahämärää.

Koska kuumajupiterit kuten WASP-94A b ovat vuorovetten lukitsemia – ne osoittavat aina saman puolen tähteensä – nämä kaksi aluetta kokevat hyvin erilaisia olosuhteita. Niiden vertailu paljasti selvän epäsymmetrian: aamupuoli on viileämpi ja pilvisempi, iltapuoli kuumempi ja paljon kirkkaampi.

Hiekkapilvet, jotka ilmestyvät aamunkoitteessa ja katoavat iltaan mennessä

WASP-94A b:llä havaitut pilvet eivät ole vesipilviä. Sen sijaan niiden uskotaan koostuvan magnesiumsilikaattihiukkasista – käytännössä mikroskooppisista hiekkaa muistuttavista kivijyväsistä.

Havainnot viittaavat seuraavaan kiertoon:

1. Planeetan viileämmällä yöpuolella lämpötila laskee riittävän alas, jotta silikaattimateriaali tiivistyy pilvihiukkasiksi.
2. Voimakkaat tuulet kuljettavat nämä hiukkaset kohti planeetan aamunkoittopuolta.
3. Mennessä aamun terminaattoriin paksut pilvet peittävät ilmakehän.
4. Hiukkasten siirtyessä kohti voimakkaasti kuumennettua päiväpuolta ne haihtuvat, jättäen ilta-ilmakehän suhteellisen kirkkaaksi.

Tämä selittää, miksi iltapuolen spektri näyttää enemmän molekyylien signaaleja – kuten vesihöyryä – koska vähemmän pilviä estää näkyvyyden syvemmälle ilmakehään.

Kuinka pilviä voi olla yli 1000 °C:n maailmassa

Kuumajupiterit ovat hyvin lähellä tähtiään, ja niiden ilmakehän lämpötila ylittää usein 1000 °C. Pilviä voi silti muodostua, koska olosuhteet vaihtelevat voimakkaasti planeetan eri osissa.

Mallit osoittavat, että:

• Kondensoituneet hiukkaset voivat muodostua syvemmällä ilmakehässä, missä lämpötila ja paine mahdollistavat kiviä muodostavien materiaalien tiivistymisen.
• Pystysuuntainen sekoittuminen voi nostaa nämä hiukkaset ylemmille korkeuksille.
• Nopeat globaalit tuulet kuljettavat niitä planeetan ympäri, kunnes ne saapuvat kuumemmille alueille, missä ne höyrystyvät uudelleen.

Tämä jatkuva prosessi – tiivistyminen, kierto ja haihtuminen – luo toistuvan päivä-yö-pilvisyklin.

Miksi aamu- ja iltadatan erottaminen on tärkeää

Aiemmissa eksoplaneettatutkimuksissa oletettiin usein, että planeetan ilmakehän reuna (sen terminaattori) on yhtenäinen. Vuorovetten lukituille planeetoille tämä oletus osoittautuu liian yksinkertaistetuksi.

Eristämällä terminaattorin kaksi puoliskoa tutkijat käytännössä ”poistivat sumun” datasta. Kirkkaampi iltapuoli tarjosi tarkemman kuvan planeetan ilmakehän kemiasta, mikä mahdollisti molekyylien signaalien vahvemman havaitsemisen, jotka pilvet muuten peittäisivät.

Tästä menetelmästä voi tulla tehokas työkalu muiden eksoplaneettojen ilmakehän mittausten parantamiseksi.

Ilmiö, joka voi olla yleinen kuumajupitereilla

WASP-94A b ei välttämättä ole ainutlaatuinen. Tähtitieteilijät epäilevät, että samanlaisia aamupilvisiä, iltaselkeitä säätiloja voi esiintyä monilla kuumajupitereilla.

Aiheeseen liittyvät JWST-havainnot ovat jo paljastaneet ilmakehän eroja aamu- ja iltapuolten välillä toisella maailmalla, kuten WASP-39 b:llä, kun taas WASP-17 b:tä koskevat tutkimukset ovat havainneet mineraalipilviä, kuten kvartsimaisia silikahiukkasia.

Yhdessä nämä löydöt viittaavat siihen, että mineraalipilvet ja dynaamiset sääjärjestelmät voivat olla yleisiä äärimmäisissä kuumien kaasujättiläisten ilmakehissä – muistutus siitä, että jopa sulavaa kiveä kuumemmilla maailmoilla voi olla yllättävän monimutkainen sää.