Jednostavno rečeno
Daleki, užaren planet kruži oko svoje zvijezde toliko blizu da mu godina traje samo 11 sati. Ipak, podaci teleskopa James Webb upućuju na to da možda ima atmosferu i oblake koji odbijaju velik dio svjetlosti. Naučnici još ne znaju od čega se ta atmosfera sastoji ni kako uspijeva opstati u tako teškim uslovima.
Svijet u kojem nema uobičajene smjene dana i noći
Na udaljenosti od oko 280 svjetlosnih godina nalazi se stjenoviti svijet koji Zemlju podsjeća samo po tome što ima čvrstu površinu. Riječ je o planetu TOI-561 b, koji se nalazi izuzetno blizu svoje zvijezde. Zato jedan puni krug oko nje napravi za svega 11 sati, a temperatura njegove površine prelazi 1800 stepeni Celzijusa, odnosno 3000 stepeni Farenhajta. Ipak, astronome nije najviše zaintrigirala sama vrućina, nego mogućnost da ovaj užareni planet ima atmosferu i oblake koji u svemir odbijaju velik dio svjetlosti njegove zvijezde.
Planet je 2020. godine otkrila NASA-ina misija TESS, koja traži svjetove što kruže oko drugih zvijezda. Oznaka TOI-561 b pokazuje da je riječ o planetu povezanom sa zvijezdom TOI-561, ali izdvaja ga njegova izuzetno bliska orbita. Dok godina na mnogim planetima traje danima ili mjesecima, ovom svijetu treba samo 11 sati da u svojoj putanji ponovo stigne na isto mjesto.
Zbog velike blizine zvijezdi, planet je vjerovatno plimno vezan za nju. To znači da se okrene oko svoje ose za isto vrijeme koje mu treba da obiđe zvijezdu, pa je jedna njegova strana stalno okrenuta prema njoj, dok je druga stalno zaklonjena od njene direktne svjetlosti. TOI-561 b zato nema uobičajenu smjenu dana i noći, sa svitanjem i zalaskom. Umjesto toga, ima jednu stranu na kojoj je stalno dan i drugu na kojoj vlada vječna tama.
Takva razlika mogla bi stvoriti ogroman temperaturni kontrast između dvije strane planeta. Strana okrenuta prema zvijezdi neprekidno prima njeno zračenje, dok druga ne dobija direktnu svjetlost. Kad bi dnevna strana bila ogoljena stijena bez atmosfere, očekivalo bi se da bude još toplija nego što pokazuju mjerenja. Zato su se istraživači zapitali: prenosi li sloj gasova dio toplote na noćnu stranu ili se velik dio svjetlosti odbije prije nego što zagrije površinu?
Teleskop Webb prati planet tokom njegove putanje
Da bi odgovorili na to pitanje, istraživači su svemirskim teleskopom James Webb pratili promjene sjaja i temperature planeta dok se kretao po svojoj putanji. Posmatranja su trajala 37 sati, što je omogućilo praćenje gotovo četiri pune orbite. Cilj nije bio samo snimiti planet nego izmjeriti kako se mijenja svjetlost koja dolazi iz ovog sistema dok se svijet nalazi na različitim mjestima u odnosu na zvijezdu i posmatrača.
Ovakva mjerenja pomažu da se stekne slika o rasporedu toplote i svjetlosti na planetu. Kada se tokom orbite mijenja njegov opaženi sjaj, istraživači mogu zaključiti da se razlikuju područja koja vide u različitim trenucima. Prema riječima Lise Dang, članice istraživačkog tima i naučnice s University of Waterloo, analiza tih promjena pokazala je da planet odbija znatnu količinu svjetlosti svoje zvijezde, ali i da toplota nije ograničena samo na dnevnu stranu. Oba nalaza zajedno dodatno idu u prilog mogućnosti da planet ima atmosferu.
Važno je i to što su posmatranja obuhvatila gotovo cijelu orbitu: istraživači su u okviru ove studije prvi put mogli pratiti noćnu stranu planeta. Glavno pitanje bilo je da li je tamna strana dovoljno topla da primi toplotu koja odlazi s dnevne strane. Mjerenja teleskopa Webb pokazala su da ona nije dovoljno topla da bi sama objasnila svu energiju koja nedostaje na užarenoj strani. Zato prijenos toplote na noćnu stranu više nije dovoljno objašnjenje, a odbijanje svjetlosti postalo je važan dio slagalice.
Površina odbija svjetlost poput Venere
Rezultati ukazuju na to da TOI-561 b vraća u svemir oko tri četvrtine svjetlosti koja do njega stiže sa zvijezde. To je približno 75 posto, gotovo koliko odbija Venera, planet u Sunčevom sistemu koji odbija najveći dio Sunčeve svjetlosti. Poređenja radi, Zemlja odbije samo oko 30 posto Sunčeve svjetlosti koja stigne do nje. Poređenje se odnosi na količinu odbijene svjetlosti, a ne na sličnost uslova: temperature i atmosfere Venere, Zemlje i TOI-561 b veoma se razlikuju.
Velika količina odbijene svjetlosti možda djeluje kao tek neobična osobina, ali može pomoći u objašnjenju toplotne ravnoteže planeta. Svjetlost koja se odbije ne zagrijava površinu, pa sloj koji dobro reflektuje može ograničiti količinu energije koju upija strana okrenuta prema zvijezdi. To bi objasnilo zašto je površina manje vruća nego što bi se očekivalo od gole stijene izložene stalnom zračenju. Tako nastaje moguća slika atmosfere koja ne služi samo za prenos toplote nego možda sadrži i oblake koji veliki dio zračenja vraćaju u svemir.
Istraživački tim smatra da bi za tako snažno odbijanje svjetlosti mogli biti odgovorni oblaci od silikatnih minerala, koji nastaju u vreloj atmosferi planeta. Među mogućim sastojcima navode se silicij-dioksid i magnezij-silikat, spojevi iz grupe minerala koji se na Zemlji nalaze u poznatim materijalima poput kvarca i pijeska. Ipak, u ekstremnim uslovima na ovom planetu ne treba ih zamišljati kao vodene oblake kakve poznajemo na Zemlji. Riječ je o česticama koje nastaju kada minerali ispare, a zatim se ponovo kondenzuju u izuzetno vrućoj sredini.
Takvi slojevi mogli bi djelovati poput barijere koja dio svjetlosti zvijezde odbije prije nego što se ona upije. Moguće je i da pomažu atmosferi da opstane, iako sadašnji podaci još ne otkrivaju sve pojedinosti o toj vezi. Posmatranja idu u prilog postojanju atmosfere i ukazuju na oblake koji snažno odbijaju svjetlost, ali još ne daju konačan odgovor o sastavu gasova ni o kretanju materijala oko planeta.
Atmosfera između dvije krajnje mogućnosti
Naučnici još ne znaju od čega je sastavljena atmosfera TOI-561 b. Jedna od mogućnosti jeste gusta atmosfera bogata ugljen-dioksidom, koja bi u širem smislu podsjećala na atmosferu Venere. Druga je da u njoj ima mnogo sumpor-dioksida, što bi je više povezivalo sa svijetom s intenzivnom vulkanskom aktivnošću, poput Jupiterovog mjeseca Ija, koji je vulkanski najaktivnije tijelo u Sunčevom sistemu.
Ova poređenja ne znače da je planet kopija Venere ili Ija. Ona istraživačima nude dva moguća pravca za razumijevanje toga kako je atmosfera nastala i kako se održava. Ako vulkanska aktivnost ispušta gasove u atmosferu, mogla bi nadoknađivati ono što planet s vremenom izgubi, kao što se pretpostavlja za Iju. Ako je sastav atmosfere drugačiji, za njen opstanak možda su odgovorni neki drugi procesi. U oba slučaja, potrebno je utvrditi od čega je atmosfera zaista sastavljena prije nego što se može precizno opisati šta se dešava na ovom svijetu.
Pitanje opstanka atmosfere posebno je važno zato što TOI-561 b prima ogromnu količinu energije od svoje zvijezde, a temperatura njegove površine prelazi 1800 stepeni Celzijusa. Ranije se smatralo da tako užaren planet možda uopće ne može zadržati atmosferu. Novi pokazatelji otvaraju mogućnost da se neka vrsta atmosfere ipak održala milijardama godina uprkos ekstremnim uslovima. Ipak, oni sami ne dokazuju koliko je atmosfera stara niti otkrivaju sve pojedinosti njenog razvoja. Umjesto toga, nameću novo pitanje: koji bi je procesi mogli štititi ili obnavljati?
Šta bi mogla otkriti naredna posmatranja?
Istraživački tim smatra da bi posmatranja na dužim talasnim dužinama pomoću teleskopa James Webb mogla pomoći u razlikovanju ponuđenih objašnjenja. Različite materije ostavljaju različite tragove u svjetlosti, pa bi njihova analiza mogla pokazati da li atmosfera više liči na izmaglicu bogatu ugljen-dioksidom, sadrži snažne tragove sumpor-dioksida ili ima neki drugi sastav koji još nije razjašnjen. Dodatna mjerenja mogla bi pružiti i više informacija o mineralnim oblacima koji bi mogli objasniti zašto planet odbija toliko svjetlosti.
Utvrđivanje sastava moglo bi povezati tri zagonetke: kako planet odbija toliko svjetlosti svoje zvijezde, kako se toplota raspoređuje između njegove dvije strane i kako atmosfera može opstati u tako negostoljubivim uslovima. Svaki odgovor pomogao bi da se provjeri drugačija slika ovog svijeta. Da li njime preovladavaju oblaci koji odbijaju svjetlost, da li vulkani obnavljaju gasove u atmosferi ili zajedno djeluje više različitih procesa?
U istraživanju su učestvovali naučnici, među njima Lisa Dang s University of Waterloo, a rezultati tima objavljeni su u časopisu The Astronomical Journal. Ovo otkriće pokazuje da proučavanje udaljenih planeta ne zavisi uvijek od neposrednog posmatranja detalja njihove površine. Promjene svjetlosti i toplote tokom orbite mogu otkriti svojstva koja se ne vide na jednoj snimci, poput moguće atmosfere ili različitog ponašanja osvijetljene i tamne strane.
Zaključak
TOI-561 b je ekstreman stjenoviti svijet: udaljen je oko 280 svjetlosnih godina, otkriven je 2020. godine, jednu orbitu završi za 11 sati, a temperatura površine prelazi 1800 stepeni Celzijusa. Tokom 37 sati posmatranja, koja su obuhvatila gotovo četiri orbite, teleskop James Webb zabilježio je pokazatelje da planet odbija oko 75 posto svjetlosti svoje zvijezde i da bi ga mogli okruživati silikatni oblaci i atmosfera.
Sastav te atmosfere i dalje je nepoznat. Neki njeni sastojci mogli bi podsjećati na one u atmosferi Venere, dok bi drugi mogli biti povezani sa sumpor-dioksidom i vulkanskom aktivnošću kakva se javlja na Iju. Posmatranja teleskopa Webb na dužim talasnim dužinama pomoći će da se ove mogućnosti provjere. Dok se ne dobije jasnija slika, otkriće je važno jer pokazuje da čak i izuzetno vruć planet možda ima neočekivane načine da odbija svjetlost i raspoređuje toplotu, a možda i da tokom dugog vremena zadrži atmosferu.