Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali bezpośrednio, że świt i zmierzch na egzoplanecie wyglądają inaczej. Teleskop Jamesa Webba (JWST) wykrył różnice między stroną poranną a wieczorną atmosfery ultra-gorącego Jowisza WASP-121 b. Wieczorna granica dnia i nocy jest tam gorętsza i bardziej rozprężona niż poranna, co wskazuje na potężne wiatry przenoszące ciepło z permanentnie rozgrzanej strony dziennej.
Jak zmierzyć atmosferę planety skrętowanej do gwiazdy
WASP-121 b to gazowy olbrzym orbitujący bardzo blisko swojej gwiazdy. Grawitacja gwiazdy zsynchronizowała rotację planety z jej orbitem, więc jedna półkula zawsze jest zwrócona ku gwieździe, a druga pozostaje w wiecznym mroku. Tom Evans-Soma, współautor pracy z University of Newcastle w Australii, podkreślił w komunikacie prasowym Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) z 11 czerwca 2026, że temperatury po stronie dziennej sięgają średnio 2770 kelwinów, podczas gdy po nocnej wynoszą około 1000 kelwinów. To odpowiednio niemal 2500 stopni Celsjusza i około 725 stopni Celsjusza.
Podczas tranzytu, gdy planeta przesuwa się przed tarczą gwiazdy, astronomowie analizują, jak atmosfera planety filtrowała światło podczerwone. Ponieważ planeta obraca się nieznacznie w trakcie tranzytu, naukowcy obserwują różne długości geograficzne jej atmosfery. W ciągu pełnego tranzytu WASP-121 b obraca się o około 30 stopni, co pozwoliło zespołowi rozdzielić sygnał z porannego i wieczornego terminatora.
Wcześniejsze modele teoretyczne przewidywały, że terminatory mogą się różnić, ale dotychczasowe obserwacje nie dostarczały jednoznacznych dowodów. Zespół Cyrila Gappa zdecydował się nie uśredniać pomiarów z całego tranzytu, lecz śledzić zmiany sygnału w czasie, gdy planeta obracała się. Analiza statystyczna wykazała, że takie podejście znacznie lepiej opisuje zebrane dane, co daje mocne dowody na rzeczywiste różnice atmosferyczne.
Wieczorna strona jest gorętsza i bardziej rozprężona
Badania wykazały, że wieczorny terminator absorbuje więcej światła niż poranny. Zespół tłumaczy to różnicami temperatury i składu chemicznego między obiema stronami. Wiatry w atmosferze poruszają się zgodnie z kierunkiem obrotu planety, niosąc ciepło ze strony dziennej na nocną. Ponieważ ruch ten ma kierunek wschodni, wieczorna granica dnia i nocy ogrzewa się silniej.
Wzrost temperatury powoduje rozszerzenie atmosfery. Większa atmosfera ma większy przekrój poprzeczny, więc pochłania więcej promieniowania. Cyril Gapp, doktorant w MPIA w Heidelbergu i główny autor publikacji, wyjaśnił w komunikacie prasowym instytucji, że dzięki jakości obserwacji JWST zespół bada atmosferę planety wzdłuż południków, mierząc zmiany w absorpcji światła gwiazdy podczas rotacji WASP-121 b.
Dane ze spektrografu NIRSpec wykazały też silniejszy sygnał tlenku węgla pod koniec tranzytu. Naukowcy uważają, że zmiana ta wynika z efektów temperaturowych, a nie z rzeczywistego wzrostu ilości CO.
Woda rozpada się, a chmury pozostają zagadką
Obserwacje wskazują, że cząsteczki wody stają się mniej liczne w gorętszych regionach atmosfery. Naukowcy interpretują to jako rzeczywisty spadek zawartości wody, ponieważ temperatury w górnych warstwach atmosfery są wystarczająco wysokie, by rozbijać cząsteczki wody na składniki. To dodatkowy dowód na to, że gorące wiatry ogrzewają wieczorny terminator.
Symulacje komputerowe transportu ciepła w górnej atmosferze odtworzyły ogólną asymetrię wywołaną różnicami temperatur, ale zaobserwowany efekt był silniejszy niż przewidywany. Ta rozbieżność sugeruje, że w grę wchodzą dodatkowe procesy. Jedną z możliwości jest dodatkowe ochładzanie porannego terminatora, którego obecne modele nie uwzględniają. Wcześniejsze badania sugerowały, że w tych regionach mogą istnieć chmury. W przeciwieństwie do ziemskich, składałyby się one z minerałów, takich jak krzemiany. Takie chmury mogłyby blokować promieniowanie podczerwone z gorętszych warstw znajdujących się niżej, sprawiając wrażenie chłodszej atmosfery.
Modelowanie powstawania, kondensacji i parowania chmur w szybko zmieniającym się środowisku pozostaje niezwykle trudne. Wiele modeli atmosfer egzoplanet, w tym użytych w tej pracy, nie uwzględnia w pełni fizyki chmur. Gdy zespół zmodyfikował symulacje, by przybliżyć efekty chmur, wyniki lepiej zgadzały się z obserwacjami. Mimo to potrzebne są bardziej zaawansowane modele, zanim naukowcy będą mogli z pewnością potwierdzić obecność chmur na WASP-121 b.
Kolejne ultra-gorące w kolejce
Zespół zidentyfikował już inne ultra-gorące gazowe olbrzymy o odpowiednich temperaturach i prędkościach obrotowych do podobnych badań. Stosując tę samą metodę do większej próby planet, astronomowie chcą porównać, jak warunki atmosferyczne zmieniają się na różnych światach, i lepiej zrozumieć ich trójwymiarową strukturę.
Badania oparto na obserwacjach z programów GO #1729 (kierownik: Thomas Evans-Soma) oraz GTO #1201 (kierownik: David Lafreniere). Praca ukazała się w czasopiśmie Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-026-02887-6.
JWST to międzynarodowy projekt prowadzony przez NASA przy współpracy ESA i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej. Instrument NIRSpec, który dostarczył część danych, został zbudowany przez europejski przemysł na zlecenie ESA, a MPIA wniosło wkład w rozwój kół filtrów i dyfrakcyjnych.
