Voor het eerst hebben wetenschappers de driedimensionale structuur van de atmosfeer van een exoplaneet in beeld gebracht. Met behulp van de vier telescopen van de Very Large Telescope (VLT) in Chili ontdekten ze krachtige winden die metalen zoals ijzer en titanium door de atmosfeer verplaatsen. Dit wijst op een bijzonder weerpatroon dat nog niet eerder op een planeet is waargenomen.
“De atmosfeer van deze planeet gedraagt zich op een manier die onze kennis van weer op alle planeten op zijn kop zet”, zegt Julia Victoria Seidel van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) en hoofdauteur van de studie, die in Nature is gepubliceerd. “Het voelt als iets uit een sciencefictionverhaal.”
De planeet in kwestie, WASP-121b, ook wel Tylos genoemd, bevindt zich op ongeveer 900 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Achtersteven. Het is een ‘ultrahete Jupiter’, een gasreus die zo dicht bij zijn ster staat dat een jaar er maar 30 uur duurt. Omdat hij altijd met dezelfde kant naar de ster gericht is, is de dagzijde extreem heet en de nachtzijde veel koeler.
Luchtstromen en een draaiende straalstroom
Door diep in de atmosfeer van Tylos te kijken, heeft het onderzoeksteam aparte luchtstromen in verschillende lagen ontdekt. Zo kon een driedimensionale kaart van de atmosfeer worden gemaakt. “Wat we vonden was verrassend: een straalstroom beweegt materiaal rond de evenaar, terwijl een andere stroming in de lagere lagen gas verplaatst van de hete naar de koelere kant”, vertelt Seidel. “Een dergelijk klimaat is nog nooit eerder gezien op een planeet.”
De straalstroom beslaat de helft van de exoplaneet en versnelt terwijl hij over de hete zijde beweegt. Hierdoor woedt hoog in de atmosfeer een storm die heftiger is dan de zwaarste orkanen in ons zonnestelsel. “Zelfs de sterkste orkanen in het zonnestelsel lijken kalm in vergelijking hiermee”, voegt ze eraan toe.
Om de 3D-structuur van de atmosfeer van de exoplaneet zichtbaar te maken, gebruikten de onderzoekers het ESPRESSO-instrument van de VLT, dat het licht van alle vier de telescopen combineert. Dit leverde vier keer zoveel licht op als een enkele telescoopeenheid en onthulde details die anders verborgen zouden blijven. Door de planeet te observeren terwijl hij voor zijn ster langs trok, konden ze de chemische samenstelling en beweging van verschillende gaslagen vastleggen.
Verrassende vondst van titanium
De metingen laten zien hoe elementen zoals ijzer, natrium en waterstof in verschillende luchtlagen van de atmosfeer bewegen. “De VLT gaf ons in één keer een blik op drie lagen van de atmosfeer”, zegt medeonderzoeker Leonardo dos Santos van het Space Telescope Science Institute in de Verenigde Staten. “Dit soort waarnemingen is lastig met ruimtetelescopen. Onze studie benadrukt dus het belang van observaties vanaf de grond.”
Opvallend was de vondst van titanium net onder de straalstroom. Bij eerdere waarnemingen is dit element niet gezien, mogelijk omdat het dieper in de atmosfeer verborgen zat. “Het is ongelooflijk dat we op zo’n enorme afstand details kunnen bestuderen zoals de chemische samenstelling en het weer op een andere planeet”, zegt Bibiana Prinoth, promovendus aan de Universiteit van Lund en ESO, die een aanvullende studie leidde. De onderzoekers zijn dan ook erg enthousiast over de recente waarnemingen.
De ELT als gamechanger
Om de atmosfeer van kleinere aardachtige planeten beter te bestuderen, zijn echter eigenlijk grotere telescopen nodig. Daarom wordt onder andere de Extremely Large Telescope (ELT) van ESO momenteel gebouwd in de Chileense Atacama-woestijn. “De ELT zal een gamechanger zijn voor het bestuderen van de atmosferen van exoplaneten”, zegt Prinoth. “Maar de huidige ontdekking geeft me nu al het gevoel dat we op het punt staan om ongelooflijke dingen bloot te leggen waar we nu alleen nog maar van kunnen dromen.”
