Forskare har skapat den mest detaljerade bilden av en exoplanets atmosfär någonsin. Med hjälp av Very Large Telescope (VLT) och ESPRESSO-instrumentet har de kartlagt inte bara planetens sammansättning utan också dess komplexa vädermönster i tre dimensioner. Resultaten visar att atmosfären på WASP-121b (även känd som Tylos) innehåller en rad tunga grundämnen, däribland järn, magnesium, titan, kalcium, kalium och barium, vilka har identifierats i specifika atmosfärlager.
Denna upptäckt markerar ett genombrott inom exoplanetforskning och möjliggör en djupare förståelse för atmosfäriska processer på planeter utanför vårt solsystem.
Den mest detaljerade exoplanetatmosfären någonsin
Exoplaneten WASP-121b, som ligger 900 ljusår bort i stjärnbilden Akterskeppet (Puppis), är en extremt het gasjätte som kretsar runt sin värdstjärna WASP-121 på endast 1,3 dygn. Dess närhet till stjärnan orsakar extrema temperaturvariationer och ett vädersystem som aldrig tidigare observerats.
”Det är första gången vi kan studera en exoplanets atmosfär i 3D och spåra vindarna i olika skikt”, säger Julia Victoria Seidel, huvudförfattare till studien och forskare vid ESO. Järn finns i de djupare lagren, natrium i mellanskikten, och väte i de övre delarna, vilket ger en detaljerad bild av atmosfärens sammansättning och dynamik. Nedanstående från ESO illustrerar hur dessa grundämnen är fördelade i planetens atmosfär.
När planeten passerar framför sin moderstjärna absorberar atomer i planetens atmosfär specifika färger eller våglängder av stjärnans ljus, vilket kan mätas med en spektrograf. Från dessa data –– som i det här fallet erhållits med ESPRESSO-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope – kan astronomer rekonstruera sammansättningen och hastigheten i olika skikt i atmosfären.
Källa: ESO/M. Kornmesser
Upptäckten av en unik atmosfär och våldsamma jetströmmar
En av de mest överraskande upptäckterna är att vindarna i atmosfären inte rör sig enhetligt, utan i flera separata flöden. Forskarna identifierade:
- En stark jetström längs ekvatorn, som förflyttar gas runt planeten.
- Ett separat flöde i de lägre skikten, där gas förs från den heta dagsidan till den svalare nattsidan.
- Turbulens i de högre skikten, där jetströmmen ökar i hastighet mot den heta sidan, vilket skapar extrema vädermönster.
”Även de starkaste orkanerna i solsystemet framstår som milda jämfört med vad vi ser på Tylos”, säger Seidel i ett pressmeddelande från ESO.
Metoden och instrumenten bakom upptäckten
För att kartlägga atmosfärens tredimensionella struktur använde forskarna ESPRESSO-instrumentet på ESO:s VLT. Genom att kombinera ljuset från de fyra huvudteleskopen på VLT kunde de samla in fyra gånger mer ljus än ett enskilt teleskop, vilket möjliggjorde en exceptionell detaljrikedom i analyserna.
Detta är en banbrytande metod eftersom den gör det möjligt att kartlägga exoplanetatmosfärer i tre dimensioner, något som tidigare varit omöjligt med varken markbaserade eller rymdbaserade teleskop.
Varför ser WASP-121b ut som den gör?
Den extrema närheten till sin stjärna är den främsta orsaken till planetens märkliga atmosfär och våldsamma väder. Strålningstrycket från stjärnan orsakar temperaturinversioner, där vissa lager är varmare än de ovanför, vilket påverkar de kemiska processerna. Närvaron av tunga grundämnen som titan påvisar att planetens atmosfär är kraftigt utvidgad, vilket kan innebära att en del material till och med förloras till rymden.
”Den här upptäckten är bara början. Med ELT och andra framtida teleskop kommer vi att kunna göra ännu mer detaljerade studier av exoplaneters väder och sammansättning – och kanske en dag identifiera tecken på liv”, säger Bibiana Prinoth, medförfattare till studien.
Den nya studien av WASP-121b är ett stort steg framåt inom exoplanetforskning. För första gången har en exoplanets atmosfär kartlagts i 3D, och resultaten utmanar vår förståelse av hur väder fungerar på andra världar. De våldsamma jetströmmarna, närvaron av tunga metaller och den revolutionerande metoden gör detta till en av de mest betydelsefulla exoplanetupptäckterna hittills.
Även om tekniken i nuläget används på heta Jupitrar som Tylos, kan framtida teleskop som ELT öppna dörren för att studera atmosfärer på jordliknande planeter. I takt med att tekniken förbättras kan vi snart få svar på en av de största frågorna i astronomin: Finns det andra världar därute som liknar vår egen?
Studien publicerades i sin helhet i artikeln Vertical structure of an exoplanet’s atmospheric jet stream i tidskriften Nature den 18 februari 2025. Är du intresserad av planeter runt andra stjärnor; se gärna Auroras växande bibliotek med artiklar om astrobiologi och exoplaneter.
