Badając wyjątkową klasę ultragorących egzoplanet, astronomowie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a mogą być w nastroju do tańca do piosenki Calypso „Hot, Hot, Hot”. Dzieje się tak dlatego, że te rozdęte światy wielkości Jowisza są tak niebezpiecznie blisko swojej gwiazdy macierzystej, że są pieczone we wrzących temperaturach powyżej 3000 stopni Fahrenheita. To wystarczająco gorąco, aby odparować większość metali, w tym tytan. Mają najgorętsze atmosfery planetarne, jakie kiedykolwiek widziano.
W dwóch nowych artykułach zespoły astronomów Hubble’a donoszą o dziwacznych warunkach pogodowych na tych skwierczących planetach. Na jedną planetę pada deszcz odparowanych skał, a na innej górne warstwy atmosfery stają się coraz gorętsze niż chłodniejsze, ponieważ jest „spalane” przez intensywne promieniowanie ultrafioletowe (UV) pochodzące od jej gwiazdy.
Badania te wykraczają poza zwykłe znajdowanie dziwnych i dziwacznych atmosfer planet. Badanie ekstremalnych warunków pogodowych daje astronomom lepszy wgląd w różnorodność, złożoność i egzotyczną chemię zachodzącą w odległych światach w naszej galaktyce.
„Nadal nie mamy dobrego zrozumienia pogody w różnych środowiskach planetarnych” – powiedział David Sing z Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland, współautor dwóch zgłoszonych badań. „Kiedy patrzysz na Ziemię, wszystkie nasze prognozy pogody są nadal precyzyjnie dostosowane do tego, co możemy zmierzyć. Ale kiedy udajesz się na odległą egzoplanetę, masz ograniczone możliwości przewidywania, ponieważ nie zbudowałeś ogólnej teorii o tym, jak wszystko w atmosferze idzie w parze i reaguje na ekstremalne warunki. Nawet jeśli znasz podstawy chemii i fizyki, nie wiesz, jak to się zamanifestuje w skomplikowany sposób”.
W artykule opublikowanym 7 kwietnia w czasopiśmie Nature astronomowie opisują obserwacje Hubble’a WASP-178b, znajdującego się około 1300 lat świetlnych od nas. W ciągu dnia atmosfera jest bezchmurna i jest wzbogacona gazowym tlenkiem krzemu. Ponieważ jedna strona planety jest stale zwrócona w stronę swojej gwiazdy, skwarna atmosfera obraca się w stronę nocną z prędkością superhuraganu przekraczającą 2000 mil na godzinę. Po ciemnej stronie tlenek krzemu może wystarczająco ochłodzić się, aby skondensować się w skałę, która pada z chmur, ale nawet o świcie i zmierzchu planeta jest wystarczająco gorąca, aby wyparować skały. „Wiedzieliśmy, że dzięki tej funkcji tlenku krzemu zobaczyliśmy coś naprawdę interesującego” – powiedział Josh Lothringer z Utah Valley University w Orem w stanie Utah.
W artykule opublikowanym w Astrophysical Journal Letters z 24 stycznia, Guangwei Fu z University of Maryland, College Park, doniósł o supergorącym Jowiszu KELT-20b, znajdującym się około 400 lat świetlnych od nas. Na tej planecie podmuch światła ultrafioletowego z macierzystej gwiazdy tworzy warstwę termiczną w atmosferze, podobnie jak ziemska stratosfera. „Do tej pory nigdy nie wiedzieliśmy, w jaki sposób gwiazda macierzysta wpływa bezpośrednio na atmosferę planety. Było wiele teorii, ale teraz mamy pierwsze dane obserwacyjne” – powiedział Fu.
Dla porównania, na Ziemi ozon w atmosferze pochłania promieniowanie UV i podnosi temperaturę w warstwie znajdującej się od 7 do 31 mil nad powierzchnią Ziemi. Na KELT-20b promieniowanie UV z gwiazdy ogrzewa metale w atmosferze, co tworzy bardzo silną warstwę inwersji termicznej.
Dowody pochodziły z wykrycia wody przez Hubble’a w obserwacjach w bliskiej podczerwieni oraz z wykrycia tlenku węgla przez Kosmiczny Teleskop Spitzer NASA. Promieniują przez gorącą, przezroczystą górną atmosferę wytwarzaną przez warstwę inwersyjną. Ta sygnatura jest unikalna w porównaniu z tym, co astronomowie widzą w atmosferach gorących Jowiszów krążących wokół chłodniejszych gwiazd, takich jak nasze Słońce. „Widmo emisyjne KELT-20b różni się znacznie od innych gorących Jowiszów” – powiedział Fu. „Jest to przekonujący dowód na to, że planety nie żyją w izolacji, ale ich gwiazda macierzysta ma na nie wpływ”.
Chociaż bardzo gorące Jowisze nie nadają się do zamieszkania, tego rodzaju badania pomagają utorować drogę do lepszego zrozumienia atmosfer potencjalnie nadających się do zamieszkania planet ziemskich. „Jeśli nie możemy dowiedzieć się, co dzieje się na supergorących Jowiszach, gdzie mamy wiarygodne i solidne dane obserwacyjne, nie będziemy mieli szansy dowiedzieć się, co dzieje się w słabszych widmach z obserwacji egzoplanet ziemskich” – powiedział Lothringer. „To test naszych technik, który pozwala nam zbudować ogólne zrozumienie właściwości fizycznych, takich jak tworzenie się chmur i struktura atmosfery”.
Kosmiczny Teleskop Hubble’a to projekt międzynarodowej współpracy NASA i ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej). Centrum lotów kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland zarządza teleskopem. Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore w stanie Maryland prowadzi operacje naukowe Hubble’a. STScI jest obsługiwany dla NASA przez Association of Universities for Research in Astronomy w Waszyngtonie