Teleskop Webba odkrył zmienne chmury wodne poza Układem Słonecznym

Astronomowie po raz pierwszy potwierdzili obecność zmiennych chmur wodnych na innym ciele niebieskim niż Ziemia. Dzięki obserwacjom prowadzonym z pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) pokazali zjawiska atmosferyczne zachodzące poza granicami naszego Układu Słonecznego. Obiektem badań, których wyniki opublikowano w najnowszym numerze czasopisma "The Astrophysical Journal" był WISE 0855, najzimniejszy znany brązowy karzeł, oddalony od nas o zaledwie 7,5 roku świetlnego.

Wyobrażenie brązowego karła WISE 0855 Rys. NASA/JPL-Caltech/Penn State University /materiały prasowe

Brązowe karły to obiekty, które klasyfikuje się między planetami a gwiazdami. Choć powstają w podobny sposób jak gwiazdy, nigdy nie osiągają masy wystarczającej do zapoczątkowania w swoim wnętrzu stałej fuzji jądrowej. WISE 0855, o masie dwukrotnie większej od Jowisza i bardzo zbliżonych do niego rozmiarach, jest jednym z najzimniejszych znanych obiektów tego typu. Jego temperatura wynosi zaledwie około 265 kelwinów, czyli tylko nieco ponad 20 kelvinów mniej niż średnia temperatura w przypadku powierzchni Ziemi.

Dwa procesy w jednej atmosferze

Zespół naukowców pod kierownictwem Brittany Miles z Uniwersytetu Arizony poświęcił 11 godzin na obserwacje WISE 0855, rejestrując widmo jego światła co 15 minut. Dzięki niezwykłej czułości teleskopu JWST udało się uzyskać najbardziej szczegółowy, czasowy portret tego odległego świata. Po raz pierwszy zarejestrowano bezpośrednie dowody na to, że chmury wodne w atmosferze brązowego karła zmieniają swoją grubość w czasie, zupełnie jak w przypadku ziemskiej pogody.

Analiza danych ujawniła, że atmosfera WISE 0855 kształtowana jest przez co najmniej dwa równocześnie zachodzące procesy. Na dużych wysokościach tworzą się chmury wodne, które cyklicznie gęstnieją i rozrzedzają się podczas obrotu obiektu. Jednocześnie z głębokich warstw atmosfery wydobywają się gazy chemiczne, takie jak tlenek węgla i fosfina (fosforowodór), transportowane ku powierzchni przez konwekcję. To właśnie rozdzielenie tych dwóch sygnałów, zmienności chmur oraz aktywności chemicznej, było dotychczas, przy użyciu starszych teleskopów, niemożliwe. JWST, dzięki swojej precyzji, pozwolił na śledzenie tych zjawisk w czasie rzeczywistym, na poziomie poszczególnych cząsteczek.

Prawa fizyki wspólne dla całego kosmosu

Naukowcy podkreślają, że odkrycie to ma znaczenie nie tylko dla zrozumienia WISE 0855, ale również dla badań nad atmosferami planetarnymi w szerszym kontekście. Okazuje się, że podstawowe prawa fizyki i chemii, które rządzą pogodą choćby na Jowiszu, mają swoje odniesienie także do odległych, swobodnie poruszających się w przestrzeni brązowych karłów. To sugeruje, że podobne procesy mogą zachodzić również na gazowych olbrzymach krążących wokół innych gwiazd.

Choć brązowe karły nie są prawdziwymi planetami, wykazują planetarne zachowania – podkreśla Brittany Miles. Istnieje pewne spektrum zachowań, a nie wyraźna granica między brązowymi karłami a planetami. Jowisz i WISE 0855 różnią się, ale mają podobne wzorce pogodowe. To podstawowe prawa fizyki i chemii, które można zastosować do wszystkich tych światów - dodaje.

Nowy rozdział w badaniu obcych światów

Odkrycie zmiennych chmur wodnych poza Układem Słonecznym otwiera nowy rozdział w badaniach atmosfer planetarnych. Naukowcy planują kolejne, długotrwałe obserwacje WISE 0855, aby jeszcze dokładniej poznać mechanizmy rządzące jego pogodą i trójwymiarową strukturę jego atmosfery. Wyniki tych badań mogą mieć kluczowe znaczenie dla zrozumienia warunków panujących na odległych egzoplanetach, a także dla poszukiwań obcych światów potencjalnie nadających się do zamieszkania.

Odkrycie to potwierdza, że pogoda nie jest zjawiskiem zarezerwowanym wyłącznie dla Ziemi czy planet Układu Słonecznego. Nasi kosmiczni sąsiedzi również mają swoje niebo pełne dynamicznych, zmiennych chmur. Dzięki nowoczesnym teleskopom możemy je dziś obserwować z niespotykaną dotąd precyzją.