Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων ολοκλήρωσε μια άνευ προηγουμένου τρισδιάστατη χαρτογράφηση της ατμόσφαιρας του εξωπλανήτη WASP-121b, γνωστό στους επιστημονικούς κύκλους ως Tyros. Η έρευνα χρησιμοποίησε δεδομένα που συλλέχθηκαν από τέσσερα γιγάντια τηλεσκόπια που βρίσκονται στο Chile. Η μελέτη σηματοδοτεί την πρώτη φορά που η επιστήμη μπόρεσε να παρατηρήσει την πλήρη δομή του κλίματος ενός κόσμου έξω από το ηλιακό σύστημα. Τα αποτελέσματα της έρευνας περιγράφουν λεπτομερώς ένα ακραίο περιβάλλον όπου οι άνεμοι μεταφέρουν σίδηρο και τιτάνιο. Το περιοδικό Nature δημοσίευσε το άρθρο με τα πλήρη ευρήματα.
Ο γίγαντας του αερίου παρουσιάζει ένα μετεωρολογικό σύστημα που είναι δομικά διαφορετικό από οποιοδήποτε μοντέλο που είναι γνωστό στους ερευνητές. Το φαινόμενο είναι πρωτοφανές. Η ανάλυση των πληροφοριών που συλλαμβάνονται από το Very Large Telescope από το Observatório Europeu από το Sul κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της ακριβούς κίνησης των μαζών αέρα. Η ικανότητα διαχωρισμού των ατμοσφαιρικών στρωμάτων ενός απομακρυσμένου ουράνιου σώματος ανοίγει νέες δυνατότητες για τη μελέτη εξωηλιακών πλανητών.
Características τροχιακά και το φαινόμενο του παλιρροϊκού κλειδώματος
Ο εξωπλανήτης Tyros περιφέρεται γύρω από το αστέρι WASP-121 σε απόσταση 900 ετών φωτός από το Terra. Το ουράνιο σώμα βρίσκεται στον αστερισμό Puppis, ορατό στο νότιο ημισφαίριο. Η αστρονομική ταξινόμηση ορίζει το αντικείμενο ως θερμό Júpiter. Ο όρος Esse δηλώνει γιγάντιους πλανήτες που αποτελούνται κυρίως από αέριο που διατηρούν μια τροχιά εξαιρετικά κοντά στα αστέρια ξενιστές τους. Η πλήρης τροχιακή περίοδος διαρκεί μόνο 30 ώρες. Η εγγύτητα Essa δημιουργεί έντονες βαρυτικές δυνάμεις που επηρεάζουν μόνιμα την περιστροφή του πλανήτη.
Η συνεχής βαρυτική αλληλεπίδραση είχε ως αποτέλεσμα ένα φαινόμενο που ονομάζεται συγχρονισμένη περιστροφή. Ο πλανήτης δείχνει πάντα το ίδιο πρόσωπο στο αστέρι, ακριβώς όπως κάνει ο Lua σε σχέση με τον Terra. Η πλευρά της ημέρας δέχεται σταθερή αστρική ακτινοβολία και φτάνει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Το ημισφαίριο της νύχτας παραμένει στο αιώνιο σκοτάδι. Το κλίμα σε αυτή τη σκοτεινή πλευρά καταγράφει σημαντικά ψυχρότερα σημάδια. Η βάναυση θερμική διαφορά του Essa μεταξύ των δύο πλευρών παρέχει την απαραίτητη ενέργεια για να τροφοδοτήσει καταιγίδες γιγαντιαίων διαστάσεων.
Η συγκεκριμένη τροχιακή γεωμετρία του Tyros δημιουργεί ένα περιβάλλον όπου η ατμοσφαιρική φυσική λειτουργεί υπό οριακές συνθήκες. Η αντίθεση θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας αναγκάζει την ατμόσφαιρα να αναδιανέμει επιθετικά τη θερμότητα. Οι άνεμοι που δημιουργούνται από αυτή τη διαδικασία υπερβαίνουν εύκολα τις ταχύτητες που καταγράφονται στους επίγειους τυφώνες. Η θερμική δυναμική του πλανήτη λειτουργεί σαν ένας συνεχής κινητήρας. Το σύστημα Esse οδηγεί την παγκόσμια κυκλοφορία εξατμισμένων αερίων και μετάλλων σε όλη την πλανητική επιφάνεια.
Camadas ανεξάρτητη μεταφορά ατμοσφαιρικών και βαρέων μετάλλων
Η χωρική ανάλυση που επιτεύχθηκε από τα τηλεσκόπια στο Chile αποκάλυψε ένα ατμοσφαιρικό σύστημα χωρισμένο σε πολλαπλά επικαλυπτόμενα στρώματα. Ο ερευνητής Julia Victoria Seidel, κύριος συγγραφέας της μελέτης, συντόνισε την ανάλυση των φασματογραφικών δεδομένων. Η ομάδα αναγνώρισε ότι τα ρεύματα ανέμου λειτουργούν ανεξάρτητα σε διαφορετικά υψόμετρα. Η ανιχνευμένη κλιματική δομή δεν έχει ισοδύναμο σε Júpiter, Saturno ή σε οποιονδήποτε άλλο γίγαντα αερίου στο ηλιακό μας σύστημα.
Η τρισδιάστατη χαρτογράφηση αναλύει τη συγκεκριμένη συμπεριφορά τριών διακριτών ατμοσφαιρικών ροών:
- Ένα ρεύμα πίδακα νατρίου που κυκλώνει την περιοχή του ισημερινού και καλύπτει τη μισή πλανητική περιφέρεια.
- Ένα ενδιάμεσο στρώμα υπεύθυνο για τη μεταφορά του εξατμισμένου σιδήρου από το ζεστό ημισφαίριο στην ψυχρή πλευρά.
- Μια ανώτερη ροή που αποτελείται από ανέμους υδρογόνου που κινείται πάνω από το ρεύμα νατρίου.
Το ρεύμα πίδακα νατρίου έχει ταχύτητα μεγαλύτερη από την περιστροφή του ίδιου του πλανήτη καθώς διασχίζει το φωτισμένο ημισφαίριο. Η γρήγορη κίνηση του Esse κλονίζει βίαια την ανώτερη ατμόσφαιρα. Η μεταφορά σιδήρου και τιτανίου συμβαίνει επειδή οι ακραίες θερμοκρασίες την ημέρα εξατμίζουν αυτά τα βαρέα μέταλλα. Οι άνεμοι μεταφέρουν το αέριο υλικό στη νυχτερινή πλευρά. Η πτώση της θερμοκρασίας στο σκοτεινό ημισφαίριο προκαλεί τη γρήγορη συμπύκνωση και καθίζηση των μετάλλων.
Tecnologia προηγμένη φασματογραφική παρατήρηση και ανάλυση
Η επιτυχία της έρευνας εξαρτιόταν από τις τεχνικές δυνατότητες του Very Large Telescope που λειτουργεί από το Observatório Europeu του Sul. Η ομάδα συνδύασε δεδομένα από τέσσερις τηλεσκοπικές μονάδες για να επιτύχει την απαραίτητη ακρίβεια. Τα όργανα συνέλαβαν το φως από το αστέρι WASP-121 καθώς φιλτράρει μέσα από την ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη κατά τη διάρκεια της τροχιακής διέλευσης. Η ανάλυση αυτού του φιλτραρισμένου φωτός μας επιτρέπει να αναγνωρίσουμε τη χημική υπογραφή των στοιχείων που υπάρχουν στον εξωγήινο αέρα.
Η τεχνική φασματοσκοπίας υψηλής ευκρίνειας ήταν απαραίτητη για τον διαχωρισμό των διαφορετικών στρωμάτων ανέμου. Οι αστρονόμοι μέτρησαν τη μετατόπιση του Doppler στο φως που απορροφάται από τα ατμοσφαιρικά αέρια. Τα δεδομένα αποκάλυψαν πολύπλοκα μοτίβα. Η απόκλιση Esse υποδεικνύει την ταχύτητα και την κατεύθυνση στην οποία κινούνται τα χημικά στοιχεία σε σχέση με τον παρατηρητή στο Terra. Η συλλογή αυτών των μετρήσεων σε πολλαπλές τροχιές κατέστησε δυνατή την κατασκευή του άνευ προηγουμένου τρισδιάστατου μοντέλου.
Το Impacto της Discovery για μοντέλα αστροφυσικής και κλίματος
Η επιστημονική κατανόηση του σχηματισμού και της συμπεριφοράς των πλανητικών ατμοσφαιρών υποβάλλεται σε ανασκόπηση μετά τη δημοσίευση στο περιοδικό Nature. Τα παραδοσιακά κλιματικά μοντέλα βασίζονται σε παρατηρήσεις των Mercúrio, Vênus, Terra, Marte και των γιγάντων του ηλιακού συστήματος. Ο εξωπλανήτης WASP-121b αμφισβητεί αυτές τις υποθέσεις χαρακτηρίζοντας εντελώς διαφορετική ρευστοδυναμική. Η ανακάλυψη αποδεικνύει ότι η μετεωρολογική ποικιλομορφία στο σύμπαν ξεπερνά τις προηγούμενες θεωρητικές προβλέψεις.
Το ακραίο περιβάλλον του Tyros λειτουργεί ως εργαστήριο φυσικής φυσικών ρευστών. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τις πληροφορίες που συλλέχθηκαν για να ελέγξουν πώς αλληλεπιδρούν η αστρική ακτινοβολία, η βαρύτητα και η περιστροφή σε σενάρια υψηλής ενέργειας. Η μελέτη του ρεύματος πίδακα νατρίου και της μεταφοράς σιδήρου βοηθά στη βελτίωση των μαθηματικών εξισώσεων. Οι υπολογισμοί Esses περιγράφουν την ατμοσφαιρική κυκλοφορία υπό ακραίες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.
Η σύγχρονη αστρονομία εστιάζει τις προσπάθειες στον λεπτομερή χαρακτηρισμό των εξωηλιακών πλανητών. Η τρισδιάστατη χαρτογράφηση του Tyros αντιπροσωπεύει ένα απαραίτητο τεχνικό βήμα πριν από την ανάλυση μικρότερων, βραχωδών κόσμων. Οι τεχνικές που αναπτύχθηκαν από τον Julia Victoria Seidel και την ομάδα του θα χρησιμεύσουν ως βάση για μελλοντικές έρευνες. Η συνεχής παρατήρηση του θερμού Júpiteres παρέχει θεμελιώδεις γνώσεις για την εξέλιξη της διαστημικής αστροφυσικής τις επόμενες δεκαετίες.