Exoplaneta WASP-121 b patří mezi světy, na kterých by lidská představa počasí přestala dávat smysl. Jde o takzvaný ultražhavý Jupiter, tedy obří plynnou planetu obíhající velmi blízko své hvězdy. Jeden oběh zvládne přibližně za 30 hodin a kvůli slapovému uzamčení ukazuje hvězdě pořád stejnou tvář. Na jedné polokouli tak panuje trvalý den, na druhé nikdy nekončící noc.

Nová pozorování z Vesmírného dalekohledu Jamese Webba ale ukazují ještě zajímavější detail. Atmosféra této planety se výrazně liší i na samotné hranici mezi dnem a nocí. Tým vedený Cyrilem Gappem z Max Planck Institute for Astronomy v Heidelbergu zjistil, že ranní a večerní terminátor, tedy oblast přechodu mezi osvětlenou a temnou stranou planety, nevykazují stejné vlastnosti.

Studie publikovaná v časopise Nature Astronomy nese název „Atmospheric asymmetries in WASP-121 b revealed by rotational transits detected with JWST“. Podíleli se na ní mimo jiné Thomas M. Evans-Soma, David K. Sing, Shashank Dholakia, Vivien Parmentier, Jérémy Leconte, Eva-Maria Ahrer nebo Guangwei Fu. Nejde tedy o volnou domněnku nad hezkým obrázkem planety, ale o výsledek detailního měření světla, které během přechodu planety před hvězdou prošlo její atmosférou.

Večerní strana pohlcuje víc světla

Když WASP-121 b přechází před svou hvězdou, část hvězdného světla prochází přes její atmosférický obal. Vědci pomocí přístrojů JWST, zejména spektrografu NIRSpec, zkoumali, jaké vlnové délky atmosféra pohlcuje. Právě z těchto drobných změn lze vyčíst, jaké látky se v atmosféře nacházejí a jaké tam panují teploty.

Výsledek je pozoruhodný. Večerní okraj planety pohlcuje více infračerveného světla než ranní okraj. Podle vědců to odpovídá modelu, ve kterém prudké větry přenášejí teplo z rozpálené denní strany směrem k noční polokouli. Protože proudění postupuje ve směru rotace planety, zahřívá výrazněji večerní terminátor. Teplejší atmosféra se více rozpíná, planeta se v pozorování jeví o něco větší a zachytí více světla.

Rozdíl je extrémní i v číslech. Denní strana WASP-121 b dosahuje průměrně asi 2770 kelvinů, tedy zhruba 2500 stupňů Celsia. Noční strana je výrazně chladnější, přibližně kolem 1000 kelvinů, tedy asi 725 stupňů Celsia. I tato „chladnější“ část je tedy žhavější než většina představ o pekelném světě.

V datech se ukázal také silnější signál oxidu uhelnatého směrem ke konci tranzitu. Vědci však upozorňují, že to nemusí znamenat skutečně vyšší množství CO. Pravděpodobnější vysvětlení leží v teplotních rozdílech, které mění způsob, jakým atmosféra světlo pohlcuje.

Jiný příběh nabízí voda. Signál vodních molekul na večerní straně slábne. Podle autorů studie to souvisí s extrémním žárem v horních vrstvách atmosféry, kde se voda může rozpadat na jednodušší složky. I to podporuje scénář, že intenzivní proudění ohřívá večerní oblast planety výrazně víc než ranní stranu.

Mraky z minerálů místo vody

Pozorování se vědcům nepodařilo plně vysvětlit pouze teplotními modely. Simulace sice dokázaly zachytit základní rozdíl mezi ranní a večerní stranou, skutečný efekt byl ale silnější. Právě tady vstupuje do hry možnost oblaků. Na WASP-121 b by pochopitelně nešlo o běžné vodní mraky, jaké známe ze Země. Předchozí studie připouštějí oblaka tvořená minerály, například silikáty.

Takové mraky by mohly blokovat infračervené záření z hlubších a teplejších vrstev atmosféry. Ranní oblast by pak vypadala chladnější, než by odpovídalo samotnému rozložení tepla. Když výzkumníci do svých modelů přibližně započítali vliv podobných oblaků, výsledky se pozorování přiblížily. Zatím však nejde o definitivní důkaz, spíše o silnou indicii, že atmosféry ultražhavých planet jsou složitější, než ukazují jednodušší modely.

Důležité je i to, jak se tento rozdíl podařilo odhalit. Astronomové běžně skládají data z celého tranzitu dohromady, aby získali co nejsilnější signál. Gappův tým ale sledoval, jak se signál během přechodu mění. Protože se planeta během tranzitu pootočí zhruba o 30 stupňů, bylo možné rozlišit různé části atmosféry podle zeměpisné délky. Jinými slovy, vědci nezískali jen průměrný obrázek celé atmosféry, ale začali číst její prostorové rozdíly.

WASP-121 b je pro podobný výzkum mimořádně vhodná. Je velká, silně ozářená a její atmosféra dává v infračerveném spektru výrazné stopy. Právě proto se z ní stává jakási laboratoř pro studium extrémního počasí mimo Sluneční soustavu. Webbův dalekohled tím ukazuje, že exoplanety už nejsou jen body s odhadovanou hmotností a oběžnou dobou. U některých z nich se začíná dařit sledovat rozdíly mezi ránem, večerem, dnem a nocí.