Ensimmäiset 3D-havainnot eksoplaneetan ilmakehästä ovat paljastaneet ainutlaatuisen ilmaston

 ESOn tiedote, suomennos Pasi Nurmi ESO SCIENCE OUTREACH NETWORK JA UNIVERSITY OF TURKU, TURKU, FINLAND

Tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa tehneet havaintoja Aurinkokunnan ulkopuolisen planeetan ilmakehän läpi ja kartoittaneet sen 3D-rakennetta. Yhdistämällä Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) kaikki neljä kaukoputkea tutkijat ovat havainneet voimakkaita tuulia, jotka kuljettavat mukanaan eri alkuaineita, kuten rautaa ja titaania. Tuulet muodostavat planeetan ilmakehään monimutkaisia sääilmiöitä. Löytö avaa mahdollisuuden näiden outojen maailmojen kemiallisen koostumuksen ja sään yksityiskohtaiseen tutkimiseen.

Tylos (tai WASP-121b) on kaasujättiläiseksoplaneetta, joka sijaitsee noin 900 valovuoden päässä Peräkeulan-tähdistössä. Tutkijat ovat pystyneet tutkimaan sen ilmakehää ja paljastamaan sen 3D-rakenteen ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) ESPRESSO-instrumentin avulla. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tämä on ollut mahdollista aurinkokunnan ulkopuoliselta planeetalta. 

Tylosin ilmakehä jakaantuu kolmeen kerrokseen, joista alimpana on rautatuulet, sitten hyvin nopea natriumsuihkuvirta ja lopuksi ylempi kerros vetytuulia. Tällaista ilmastoa ei ole ennen nähty millään planeetalla.

Kuva: ESO/M. Kornmesser

”Planeetan ilmakehän käyttäytyminen haastaa käsityksemme siitä, miten sää toimii - ei vain maapallolla vaan kaikilla planeetoilla. Tämä tuntuu olevan kuin scifiä”, sanoi Julia Victoria Seidel, Chilessä sijaitsevan EUROOPAN ETELÄISEN OBSERVATORION (ESO) tutkija ja tänään NATURE-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja.

Planeetta WASP-121b (tunnetaan myös nimellä Tylos) sijaitsee noin 900 valovuoden päässä Peräkeulan-tähdistössä. Se on erittäin kuuma Jupiter, kaasujättiläinen, joka kiertää tähteään niin lähellä, että sen vuosi kestää vain noin 30 tuntia. Lisäksi planeetan toinen puoli on polttavan kuuma, koska se on aina tähteä kohti, kun taas toinen puoli on paljon viileämpi.

Tutkimusryhmä on nyt kurkistanut syvälle Tylosin ilmakehään paljastaen eri kerroksissa esiintyviä erillisiä tuulia muodostaen ilmakehän 3D-rakenteen kartan. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tähtitieteilijät ovat pystyneet tutkimaan aurinkokuntamme ulkopuolisen planeetan ilmakehää näin perusteellisesti ja yksityiskohtaisesti.

”Se, mitä löysimme, oli yllättävää: suihkuvirta kierrättää ainetta planeetan päiväntasaajan ympärillä, kun taas erillinen virtaus ilmakehän alemmissa kerroksissa siirtää kaasua kuumalta puolelta viileämmälle puolelle. Tällaista ilmastoa ei ole koskaan aiemmin nähty millään planeetalla”, sanoi Seidel, joka on myös tutkijana LAGRANGEN LABORATORIOSSA, joka on osa ranskalaista OBSERVATOIRE DE LA CÔTE D'AZURIA. Havaittu suihkuvirta peittää puolet planeetasta, ja sen kohdatessa Tyloksen kuuman puolen se kiihtyy ja sekoittaa rajusti ilmakehän yläosaa. ”Jopa Aurinkokunnan voimakkaimmat hurrikaanit vaikuttavat siihen verrattuna rauhallisilta”, hän lisäsi.

Eksoplaneetan ilmakehän kolmiulotteisen rakenteen selvittämiseksi tutkimusryhmä käytti ESO:n VLT:n ESPRESSO-instrumenttia, jonka avulla ESO:n neljän suuren yksikköteleskoopin valo yhdistettiin yhdeksi signaaliksi. Tämä VLT:n yhdistetty toimintamoodi kerää neljä kertaa enemmän valoa kuin yksittäinen teleskooppi, mikä paljastaa kohteesta himmeämpiä yksityiskohtia. Havaitsemalla planeettaa yhden kokonaisen tähden ylikulun ajan, ESPRESSO pystyi havaitsemaan merkkejä useista eri alkuaineista, ja siten tutkimaan ilmakehän eri kerroksia.

”Pystyimme VLT:n avulla tutkimaan eksoplaneetan ilmakehän kolmea eri kerrosta yhdellä kertaa”, sanoi yksi tutkimuksen tekijöistä Leonardo A. dos Santos, apulaistähtitieteilijä SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTESSA Baltimoressa, Yhdysvalloissa. Tutkimusryhmä seurasi raudan, natriumin ja vedyn liikkeitä, minkä ansiosta he pystyivät tarkkailemaan planeetan ilmakehän syvissä, keskikerroksissa ja matalissa kerroksissa sijaitsevia tuulia. ”Tällaisia havaintoja on hyvin haastavaa tehdä avaruusteleskoopeilla, mikä korostaa eksoplaneettojen maanpäällisten havaintojen tärkeyttä”, hän lisäsi.

On mielenkiintoista, että havainnot paljastivat myös suihkuvirran alapuolella olevan titaanin olemassaolon, kuten ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS -lehdessä julkaistussa oheistutkimuksessa korostetaan. Tämä oli toinen yllätys, sillä aiemmat havainnot planeetasta olivat osoittaneet, että tätä alkuainetta ei ole, joka johtuu mahdollisesti siitä, että se on piilossa syvällä ilmakehässä.

”On todella uskomatonta, että pystymme tutkimaan useita yksityiskohtia, kuten planeetan kemiallista koostumusta ja säämalleja, näin kaukaa”, sanoi Bibiana Prinoth, RUOTSIN LUNDIN YLIOPISTON ja ESO:n tohtorikoulutettava, joka johti oheistutkimusta ja on yksi NATURE-artikkelin kirjoittajista.

Pienempien, maankaltaisten planeettojen ilmakehän selvittämiseksi tarvitaan kuitenkin suurempia teleskooppeja. Niihin kuuluu muun muassa ESO:n ELT-teleskooppi (Extremely Large Telescope), joka on parhaillaan rakenteilla Chilen Atacaman autiomaassa. ”ELT tulee muuttamaan merkittävästi planeettojen ilmakehän tutkimista”, Prinoth sanoi. ”Tämän kokemuksen jälkeen minusta tuntuu, että olemme paljastamassa uskomattomia asioita, joista voimme nyt vain haaveilla.”