Nový pohled na atmosféry exoplanet: První 3D mapa WASP-18b
V průběhu desetiletí astronomie dokázala detekovat tisíce exoplanet. Ale porozumět, jaké tyto planety skutečně jsou – jak dýchají, jak se zahřívají, jak se mísí jejich atmosféry – byl vždy výzvou, která se zdála nedosažitelná. Až dosud.
Poprvé se mezinárodnímu týmu vědců podařilo něco, co se před několika lety zdálo nemožné: sestavit trojrozměrnou mapu teploty planety, která nepatří do sluneční soustavy. Kompletní termální atlas atmosféry, která se nachází stovky světelných let daleko.
Hlavním protagonistou tohoto milníku je WASP-18b, obrovský plynní obr, který je téměř desetkrát hmotnější než Jupiter. Obíhá svou hvězdu tak, že dokončí jednu oběžnou dráhu každých 23 hodin. Extrémní a spalující svět, dokonalý pro testování hranic planetární fyziky.
Jak se podařilo mapovat planetu, kterou nikdy neuvidíme zblízka
Pokrok, publikovaný v časopise Nature Astronomy, vychází z techniky tak vynalézavé jako přesné: mapování během zatmění. Když WASP-18b prochází za svou hvězdou, světlo se mírně sníží. A v tomto malém poklesu jsou cenné informace: ukazuje, které části planety byly jasnější nebo tmavší v různých okamžicích.
Vesmírný teleskop James Webb (JWST) zaznamenal tyto změny v několika pásmech infračerveného spektra. Každá vlnová délka proniká do atmosféry na různé hloubky. Kombinací všech těchto dat s fyzikálními modely získali výzkumníci 3D teplotní skener, schopný ukázat, jak se teplo mění:
- od denní části k noční,
- od vysokých vrstev k hlubokým vrstvám,
- a od rovníku po střední šířky.
Výsledkem je živá, dynamická mapa, na které lze pozorovat tepelné toky, jakoby planeta byla přímo před námi.
Svět tak horký, že ničí vodu… s výjimkou míst, kde to není možné
Mappa odhaluje zcela rozdělenou atmosféru. Na osvětlené straně planety je radiace tak brutální, že teploty dosahují 2 700 °C, což je dost na to, aby dezintegrovaly molekuly vodní páry. Hvězda jednoduše „maže“ chemicky a termálně jakoukoli možnost, že by tam voda přežila.
Ale ta nejpřekvapivější část není na extrémech, ale v přechodech. Když vědci zkoumali oblasti dále od tepelného jádra, našli jasné stopy vodní páry. Ne na denní straně – kde molekuly nevydrží – ale v chladnějších regionech, kde teploty klesají dostatečně, aby mohly znovu vzniknout.
To potvrzuje něco, co si modely tušily, ale nemohly dokázat: atmosféra exoplanety je živý, dynamický systém, kde se sloučeniny objevují, mizí a přesouvají podle místní fyziky.
Metoda, která mění způsob studia atmosfér na jiných světech
Tato 3D mapa neodhaluje pouze chování WASP-18b. Označuje zlomový bod v tom, jak budou exoplanety analyzovány. Poprvé můžeme:
- studovat, jak se teplo distribuuje do hloubky;
- analyzovat, které molekuly přežijí a kde;
- interpretovat procesy vnitřní atmosféry, nejen vnější povrch;
- a detekovat možné chemické signály v vrstvách, které byly dříve neviditelné.
Spoluautorka studie, Megan Weiner Mansfield, tvrdí, že tato metoda bude použitelná i na mnohem menších planetách. Možná dokonce na kamenných světech podobných Zemi, kde by distribuce molekul mohla odhalit složité atmosféry nebo dokonce podmínky pro obydlenost.
Budoucnost: kartografování planet, které nikdy neuvidíme fyzicky
WASP-18b je extrémní ve všech ohledech, ale právě proto je dokonalým přírodním laboratoří. Jeho atmosféra, podrobena nemožným teplotám k recreaci na Zemi, umožňuje studovat chemické reakce a vnitřní dynamiku na obrovském měřítku.
A nyní, když existuje 3D mapa, je otevřena cesta pro něco, co zní jako vědecká fikce, ale co už je skutečná věda: kartografování atmosfér exoplanet, jako bychom měli sondy, které nad nimi obíhají, i když jsou vzdáleny stovky světelných let.
Před deseti lety to bylo nemožné. Dnes je to první realita. A zítra by to mohlo být nástrojem, který nám umožní poznat, vrstvu po vrstvě, světy, které si jednoho dne budeme přát navštívit.
