นักวิจัยสังเกตวัฏจักรของเมฆบนดาวเคราะห์นอกระบบโดยใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ การศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Science เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม ได้วิเคราะห์ดาวเคราะห์ WASP-94A b ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 700 ปีแสง ในกลุ่มดาวไมโครสโคเปียม และเปิดเผยว่าชั้นบรรยากาศของมันเปลี่ยนแปลงอย่างมากระหว่างกลางวันและกลางคืนอย่างไร
การสังเกตการณ์แสดงให้เห็นความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างทั้งสองด้านของโลก เมฆของแมกนีเซียมซิลิเกต — สารประกอบแร่ที่พบในหิน — ก่อตัวในตอนเช้า แต่จะหายไปอย่างสมบูรณ์ในเวลาพลบค่ำ เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 1,000 °C
วัฏจักรบรรยากาศที่ค้นพบในก๊าซยักษ์
WASP-94A b ถูกจัดเป็น “ดาวพฤหัสร้อน” เนื่องจากมีขนาดและอุณหภูมิสูง ดาวเคราะห์เหล่านี้โคจรใกล้ดาวฤกษ์มาก ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวพุธ ทำให้เป็นห้องปฏิบัติการที่เหมาะสำหรับการศึกษาพลวัตของเมฆในชั้นบรรยากาศสุดขั้ว
นักวิจัยติดตามเส้นทางของดาวเคราะห์ที่อยู่หน้าดาวฤกษ์โดยใช้ JWST กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้สามารถสังเกตขอบทั้งสองของดาวเคราะห์แยกจากกันในระหว่างการเปลี่ยนผ่าน: บริเวณที่อากาศออกจากด้านกลางคืนไปยังด้านที่มีแสงสว่าง (รุ่งเช้า) และพื้นที่ตรงข้ามซึ่งมีการไหลจากวันสู่คืน (พลบค่ำ)
บริเวณช่วงเช้าเต็มไปด้วยเมฆแมกนีเซียมซิลิเกต ส่วนช่วงเย็นมีท้องฟ้าแจ่มใส David Sing ศาสตราจารย์พิเศษด้านวิทยาศาสตร์โลกและดาวเคราะห์ของ Bloomberg แห่งมหาวิทยาลัย Johns Hopkins เน้นย้ำถึงความสำคัญของการค้นพบนี้:
- ความคาดหวังก่อนหน้า: มีเพียงความแตกต่างทางธรรมชาติเท่านั้น เช่น อุณหภูมิที่ลดลงในตอนเช้า
- การค้นพบที่แท้จริง: การแบ่งขั้วสภาพภูมิอากาศที่แท้จริงระหว่างทั้งสองฝ่าย
- การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ: ความแตกต่างอย่างมากของเมฆปกคลุมทำให้มุมมองของดาวเคราะห์เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง
คำอธิบายปรากฏการณ์บรรยากาศ
นักวิจัยแนะนำกลไกที่เป็นไปได้สองประการในการอธิบายรูปแบบที่สังเกตได้ สมมติฐานแรกเกี่ยวข้องกับลมที่แรงมากซึ่งยกเมฆบนด้านที่เย็นกว่าของโลกและดันเมฆเหล่านั้นลึกเข้าไปในชั้นบรรยากาศเมื่อเมฆไปถึงด้านที่อุ่น ความเป็นไปได้ประการที่สองคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับหมอกยามเช้าบนโลก เมฆจะก่อตัวในด้านมืดและระเหยไปเมื่อมีอุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ºC บนส่วนที่ส่องสว่างของดาวเคราะห์
Sing เปรียบเทียบกระบวนการวิเคราะห์บรรยากาศก่อนหน้านี้กับการสังเกตบางสิ่งผ่านหน้าต่างที่มีหมอกหนา นักวิจัยกล่าวว่าขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ไม่เพียงแต่สามารถอธิบายการมองเห็นของพวกเขาให้กระจ่างขึ้นเท่านั้น แต่ยังระบุองค์ประกอบของเมฆ ตลอดจนวิธีที่เมฆควบแน่นและระเหยขณะเคลื่อนตัวไปทั่วโลกได้อีกด้วย
ทบทวนองค์ประกอบของดาวเคราะห์
การสังเกตการณ์ของ JWST เผยให้เห็นว่าองค์ประกอบของ WASP-94A b แตกต่างจากที่จินตนาการไว้ก่อนหน้านี้ การสังเกตก่อนหน้านี้ระบุว่าความเข้มข้นของออกซิเจนและคาร์บอนมากกว่าบนดาวพฤหัสหลายร้อยเท่า ข้อมูลใหม่แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์มีองค์ประกอบเหล่านี้มากกว่าก๊าซยักษ์ในระบบสุริยะเพียงห้าเท่า
การค้นพบนี้แสดงให้เห็นถึงการแก้ไขที่สำคัญจากการประมาณค่าเคมีในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะก่อนหน้านี้ ความสามารถของกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ในการแก้ไขรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ทำให้สามารถระบุลักษณะบรรยากาศของ WASP-94A b ได้แม่นยำมากขึ้นกว่าที่เคยทำได้ในเครื่องมือรุ่นก่อนๆ
รูปแบบที่ระบุในก๊าซยักษ์ใหญ่อื่นๆ
หลังจากใช้ WASP-94A b เป็นข้อมูลอ้างอิง ทีมงานได้วิเคราะห์ดาวก๊าซร้อนยักษ์อีก 8 ดวงและพบรูปแบบสภาพอากาศเดียวกันบนดาวเคราะห์อีก 2 ดวง ได้แก่ WASP-39 b และ WASP-17 b การเกิดขึ้นซ้ำของปรากฏการณ์นี้บ่งชี้ว่าวัฏจักรของเมฆที่มีพลวัตคล้ายกันอาจเป็นลักษณะทั่วไปบนดาวพฤหัสร้อนที่โคจรใกล้ดาวฤกษ์แม่ของมัน
ขณะนี้ทีมวิจัยตั้งใจที่จะขยายการศึกษาด้วยโปรแกรมใหม่ๆ จากกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ เพื่อตรวจสอบวัฏจักรเมฆบนดาวเคราะห์นอกระบบประเภทต่างๆ กลยุทธ์ในการสังเกตขอบดาวเคราะห์ในระหว่างการเคลื่อนผ่านได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพอย่างมาก และจะนำไปใช้ในการตรวจสอบบรรยากาศนอกดาวเคราะห์ในอนาคต