Wetenschappers hebben in de atmosfeer van de gasplaneet WASP-107b wolken aangetroffen die bestaan uit silicaat, oftewel zand. En wanneer het op deze ‘wollige’ gasplaneet regent, valt er dus zand naar beneden!
Dat schrijft een internationaal team van onderzoekers in het blad Nature. Ze baseren zich op nieuwe observaties van de James Webb Space Telescope, waarbij de telescoop diep in de atmosfeer van WASP-107b keek. Naast waterdamp en zwaveldioxide troffen de onderzoekers in die atmosfeer ook zandwolken aan.
Zand
“De aanwezigheid van wolken is al op andere planeten aangetoond, maar dit is de eerste keer dat we zien waar ze van gemaakt zijn,” zo legt onderzoeker Nicolas Crouzet, verbonden aan de universiteit van Leiden, uit. “In dit geval is het antwoord: silicaat, dus eigenlijk zand.”
Suikerspinplaneet
Dat het onderzoekers gelukt is de atmosfeer van WASP-107b uit te pluizen en de wolken aldaar te karakteriseren, is niet alleen te danken aan James Webb, of nauwkeuriger gezegd: het mede door Nederlandse onderzoekers ontwikkelde Mid-Infrared Instrument (MIRI) aan boord van de ruimtetelescoop. Nee, ook het feit dat WASP-107b een heel geringe dichtheid heeft, speelde een belangrijke rol. WASP-107b is ongeveer net zo zwaar als Neptunus, maar wel een stuk groter, namelijk ongeveer bijna net zo groot als Jupiter. Dat betekent dat WASP-107b een veel lagere dichtheid heeft dan de gasreuzen in ons zonnestelsel. En dat leverde de planeet eerder al de bijnaam ‘suikerspinplaneet’ op. Het ‘wollige’ karakter van WASP-107b maakt het voor astronomen mogelijk om veel dieper dan bijvoorbeeld bij een planeet als Jupiter mogelijk is, in de atmosfeer van de planeet te kijken. En dat hebben onderzoekers nu met behulp van James Webb gedaan. Het resulteert zoals gezegd onder meer in de ontdekking van zandwolken. En dat is best verrassend. “We hadden wel verwacht dat zandwolken en zandregens zouden bestaan in de atmosferen van hete planeten,” vertelt hoofdonderzoeker Michiel Min, verbonden aan de Universiteit van Amsterdam en SRON (het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek). “Maar volgens die voorspellingen zou WASP-107b eigenlijk te koud moeten zijn.”
Hoe zit dat?
Hier op aarde verdampt water bij hoge temperaturen. Op warme gasplaneten – met temperaturen rond de 1000 graden Celsius – verdampen silicaatdeeltjes, waardoor dus zandwolken ontstaan. Maar in de buitenste regionen van de atmosfeer van WASP-107b is het ‘slechts’ 500 graden Celsius: te koud om silicaatdeeltjes te laten verdampen. Het betekent dat wanneer een zandwolk uitregent, de resulterende zandregen pas diep in het binnenste van de atmosfeer weer kan verdampen. En dat is eigenlijk te diep om vervolgens als wolk weer helemaal naar de bovenste regionen van de atmosfeer te kunnen drijven. En toch moeten op de planeet telkens nieuwe zandwolken ontstaan, want anders hadden onderzoekers ze nu niet gezien. “De verrassing dat we ze toch vinden, wijst erop dat de planeet verrassend heet is binnenin, zodat de wolken niet te diep wegzinken,” aldus Min. In andere woorden: het moet onder de relatief koude bovenlaag waarin we de wolken zien al verrassend snel heet worden. “Daar verdampt de zandregen om opnieuw wolken te vormen en naar boven te drijven. Eigenlijk net zoals het watersysteem op aarde.”
Geen methaan
Het idee dat de temperatuur dieper in de atmosfeer snel stijgt, wordt verder onderschreven door het feit dat de onderzoekers in de atmosfeer van WASP-107b geen methaan konden vinden. “Bij lage temperaturen is het te verwachten dat methaan een belangrijke component van de atmosfeer is, vergelijkbaar met Jupiter, waar methaan veel voorkomt,” aldus Min. “Een hoge interne temperatuur vernietigt methaan diep in de atmosfeer.”
Voor ons aardbewoners klinken wolken en regen van zand natuurlijk heel exotisch. Maar hoe zouden we dat nu ervaren als we naar WASP-107b konden afreizen? Allereerst moet opgemerkt worden dat WASP-107b een gasplaneet is en dus geen vast oppervlak heeft. En ten tweede is het er verschrikkelijk heet; te heet om te overleven. “Het is op de plek van de wolken al ruim 500 graden Celsius. En op de plek waar de regen valt en verdampt, is het rond de 1200 graden Celsius,” aldus Min. Maar laten we omwille van dit gedachte-experiment toch even net doen alsof je de planeet zou kunnen bezoeken. Hoe zou je dat weersysteem dan ervaren? Nou, als bijzonder onprettig. “De wind is naar alle waarschijnlijkheid ook bijzonder heftig; door het grote verschil tussen dag en nacht op een planeet als deze, waaien er vreselijke stormen. Dus je wordt letterlijk door de regen gezandstraald.” Kortom: dan valt die Hollandse herfst dus nog wel mee.
Meer zandwolken
Voor nu gaat WASP-107b de boeken in als de eerste planeet waarop zandwolken zijn aangetoond. Maar Min verwacht dat we nog wel meer planeten gaan vinden waar dit type wolk voorkomt. “Vooral bij de wat hetere planeten. Ik hoop dat we met gedetailleerde metingen meer kunnen zeggen over welk type zand (de precieze samenstelling) we onder welke omstandigheden gaan vinden. Dat gaat ons veel leren over het wolkvormingsproces.”
Maar naast zandwolken gaat MIRI waarschijnlijk ook nog andere exotische weersystemen blootleggen, zo is de verwachting. “Het feit dat we nu de voorspelde zandwolken vinden, laat zien dat het systeem van wolkvorming algemeen is,” vertelt Min. “Bij iets koudere planeten gaan we wellicht wolken van verschillende zouten zien. En bij planeten met een meer koolstofrijke samenstelling wellicht grafiet- of diamant-regens.”
