Nastąpił kolejny przełom w badaniach planet pozasłonecznych: używając naziemnego teleskopu podczerwonego zmierzono spektrum gorącego Jowisza, okrążającego gwiazdę HD 189733 odległą od Ziemi o 63 lata świetlne. Nowa technika może znacznie przyczynić się do naszego zrozumienia atmosfer nowo odkrywanych planet, a nawet przyśpieszyć odkrycie planety z molekułami pochodzenia organicznego.

Obserwatorium w Podczerwieni IRTF na Manua Kea, na Hawajach. To tu dokonano w 2007 roku obserwacji systemu HD 189733 na podstawie których udało się uzyskać spektrum atmosfery planety HD 189733b, o czym pisaliśmy w 2007 roku.

Teleskop IRTF nie jest najlepszy w swojej klasie – na Ziemi jest co najmniej 40 teleskopów o lepszych parametrach. Uzyskane wyniki świadczą o uniwersalności nowej metody, i łatwości z jaką można ją zastosować na szeroką skalę.

Używając spektrografu SpeX wykryto dwutlenek węgla i metan. Głównym problemem z którym musieli się uporać naukowcy była konieczność usunięcia wszelkich błędów jakie mogły zostać spowodowane przez lokalne niestabilności atmosfery (seeing) oraz mikroruchy teleskopu podążającego za celem na niebie. Udoskonalenie tej metody zajęło trzy lata.

Schemat wyjaśniający w jaki sposób izoluje się widmo planety od widma układu planeta – gwiazda. Wpierw rejestrowane jest widmo wspólne, następnie – samej gwiazdy, w momencie kiedy planeta znajduje się po niewidocznej stronie. Używając technik komputerowych znajdowana jest różnica tych zdjęć, która stanowi widmo samej planety. Aby widma planety nie przysłonił błąd pomiarowy wymagana jest wysoka rozdzielczość.

Obserwacje pozwoliły dostrzec między innymi silną emisję metanu w widmie dziennej strony planety. HD 198733b jest sprzężona pływowo z gwiazdą, tzn. cały czas zwrócona jest tą samą stroną do powierzchni gwiazdy, podobnie jak ma to miejsce w układzie Pluton-Charon, czy Ziemia – Księżyc.

Co ciekawe, HD 198733, znany takze jako V452 Vulpeculae, jest układem podwójnym, składającym się z gwiazdy typu K – HD 198733A, i niewielkiego czerwonego karła – HD 198733B, które obiegają się w odległości około 200 jednostek astronomicznych.

Rok na HD 189733b wynosi 2,2 dnia. Z tego względu oczekuje się na tej planecie wysokich temperatur, jak i wysokiego natężenia promieniowania utrafioletowego, które może tworzyć nadmiarowe ilości metanu w atmosferze. Potrzebne są jednak dokładniejsze badania żeby przedstawić wyczerpującą analizę – jak wiemy z badań Układu Słonecznego, metan jest obecny zarówno w atmosferze Ziemi jak i Jowisza, ale powstał w zupełnie innych okolicznościach. Typ morfologiczny HD 198733b sugeruje pewne podobieństwo do Jowisza, jednak z o wiele bardziej skrajnymi zjawiskami atmosferycznymi i temperaturą dochodzącą do 1100 K.

Modelowanie atmosfer planet pozasłonecznych jest jednym z trudniejszych zadań współczesnej astronomii. Powszechnie używany model LTE (lokalnej równowagi termodynamicznej) zakłada nierealistycznie (w porównaniu np. z dobrze zbadaną Ziemią) uproszczoną sytuację w której każdemu regionowi atmosfery można przyporządkować daną wartość temperatury. Nie bierze on pod uwagę zmian zachodzących dynamicznie, jak konwekcja, turbulencje, procesy chemiczne. Jak dotąd jednakże dane odnośnie atmosfer planet były na tyle szczątkowe że nawet tak z gruntu niedokładny model wykazywał pewną zgodność z pomiarami.

Obserwacja HD 198733b dostarczyła pierwszych danych, które jaskrawo przeczą akceptowalności modelu LTE. W widmie tej planety zaobserwowano maksimum wcześniej zauważone tylko na Tytanie – największym księżycu Saturna. Ta korelacja nie została dotychczas dobrze wyjaśniona, i stanowi nowe wyzwanie dla teoretyków próbujących stworzyć modele lepiej odzwierciedlające skomplikowaną rzeczywistość.

Wykres przedstawiający widmo HD 198733b . Model LPT jest zaznaczony na zielono, zaś obserwacje z teleskopu Hubble`a – na niebiesko. Wyróżnia się czerwone maksimum w widmie HD 198733b, nie pasujące do modelu LPT. Szerokość krzywych reprezentuje niepewność pomiarową.

Planety typu Jowiszowego obiegąjące macierzystą gwiazdę w ciągu paru dni nie mają swojego odpowiednika w Układzie Słonecznym. Badania te są jednymi z pierwszych które pozwolą na zrozumienie dynamiki tych ciekawych układów planetarnych. Zastosowanie nowych technik w większej ilości obserwatoriów umożliwi zbadanie większej populacji planet, a w konsekwencji – poznanie wszystkich sposobów powstawania planet.

Autor

Krzysztof Suberlak