„Forró Jupiterek” – hangsebességű szelekkel

Naprendszerünkben a rendszer belső tartományaiban keringenek a kisebb, Föld-típusú kőzetbolygók: a Merkúr, a Vénusz, a Föld és a Mars, s központi égitestünktől távolabb róják pályájuk kilométereit a kis sűrűségű, szilárd felszínnel nem rendelkező, döntő részben gázokból álló óriásbolygók: a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz, valamint a Neptunusz. (Még távolabb található a törpebolygókat is tartalmazó Kuiper-öv, a Plútóval és társaival, s a Naprendszer peremén helyezkedik el az üstökösmagokból álló Oort-felhő). Az egymás után felfedezett idegen bolygórendszerekben viszont merőben más felépítéssel is találkozhatunk.
Az exobolygók (Naprendszerünkön kívüli planéták) keresése során elsőként olyan, csillaguk körül keringő égitestekre bukkantak, melyek roppant közel, 0,05 csillagászati egységtől kisebb távolságra vannak napjuktól (1 csillagászati egység megegyezik a közepes Nap–Föld távolsággal, mely 150 millió kilométert tesz ki), méretük eléri, megközelíti, vagy meghaladja Naprendszerünk leghatalmasabb bolygójának, a Jupiternek a méretét, légkörük pedig napközeliségük miatt roppant magas hőmérsékletű. Ezért is nevezték el ezeket az égitesteket „forró Jupitereknek”.
Észlelésük viszonylag nem nehéz, mivel nagyságuk és a csillagukhoz való közelségük következtében az ún. átfedéses módszerrel elég könnyen felfedezhetők. A módszer lényege az, hogy a napja előtt elhaladó planéta – átvonulása közben – újra és újra eltakarja a csillag egy kis részét, így annak látható fényessége szabályos időközönként kismértékben lecsökken. Mivel a „forró Jupiterek” kellőképpen nagyok, jelentősebben lecsökkentik a csillag látható fényességét, napközeliségük következtében pedig rövidebb időközönként haladnak el központi égitestük előtt. Így már az 1990-es években felfedezték első képviselőiket, azóta pedig egyre bővülnek a rájuk vonatkozó ismereteink.
Keringési periódusuk 88 földi napnál rövidebb, s szép számmal akadnak közöttük bolygók, ahol az év hihetetlenül rövid. A 2011-ben felfedezett WASP-43b jelű „forró Jupiter” mindössze 19,5 óra alatt kerüli meg a tőlünk 260 fényévre lévő, narancssárga színű WASP-43 csillagot (ott tehát az év mindössze 19,5 óráig tart). Az amerikai Chicagói Egyetemen dolgozó Kevin Stevenson által vezetett kutatócsapat ez év őszén – a Hubble-űrtávcső infravörös észlelései segítségével – a távoli bolygót vizsgálva elkészítette az eddigi legrészletesebb hőmérsékleti és vízpára-eloszlási térképet egy exobolygó légköréről. A Hubble infravörös tartományban végzett mérései és spektroszkópiai vizsgálatok (színképelemzések) révén sikerült meghatározni a hőmérséklet eloszlását a légkörben, illetve – a színképelemzések segítségével – a vízpára mennyiségét és földrajzi hosszúsági fokok szerinti eloszlását a planéta atmoszférájában. A kutatások révén fény derült az exobolygó légkörében uralkodó szélsőséges viszonyokra. Mivel kötött pályán mozog, vagyis tengelyforgási ideje megegyezik a csillag körüli keringésének idejével, mindig ugyanazt az oldalát mutatja napja felé, akárcsak a Hold a Föld felé, így a hőmérséklet szélsőségesen oszlik meg az atmoszférájában. A csillag felé forduló, állandóan napfényben fürdő oldalán az acél megolvadásához is elegendő, 1600 Celsius-fokos hőség uralkodik, míg az ellentétes, koromsötét féltekéjén „mindössze” 500 Celsius-fokra emelkedik a légkör hőmérséklete. A hatalmas, több mint 1000 Celsius-fokos hőmérsékleti különbség miatt pedig a nappali oldalról hangsebességű szelek száguldanak az éjszakai félteke felé. Az atmoszférában uralkodó roppant hőség miatt az összes víz pára formájában van jelen, míg például a mi Jupiterünkben a vízgőz jeges felhőkben csapódik ki.
A kutatócsapat további bolygók esetében is tervezi, hogy megvizsgálja a légkörükben található vizet. A Hubble utódja, a James Webb-űrtávcső pedig már arra is alkalmas lesz, hogy az atmoszférájukban jelenlévő szén-monoxid, a szén-dioxid, a metán és az ammónia mennyiségét is meghatározzák a segítségével. S mivel a többi „forró Jupiter” is kötött pályán kering, minden bizonnyal mindegyikük légkörében hasonlóan szélsőséges körülmények uralkodhatnak, hatalmas hőmérsékleti különbségekkel és elképesztően gyors szelekkel. S ugyancsak napközeliségük miatt légkörük ki van téve az erős napszél-eróziónak, a csillagból áramló elektromosan töltött részecskékből álló napszél erősen erodálja atmoszférájukat, egyes esetekben, mint például a HD 209458b jelű „forró Jupiter” esetében megfigyelték, amint a napszél emészti felfelé a légkört. Modellszámítások alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a 0,02 csillagászati egységnél közelebb keringő „forró Jupiterek” a bolygó teljes élettartama alatt 5-7 százalék lehet a légköri veszteség, a 0,015 csillagászati egységen belül található gázóriások pedig atmoszférájuk egészét elveszíthetik, s csupán a kőzetekből álló, igen kicsiny magjuk marad meg.
Újabban egyre több ún. „forró Neptunuszt” is felfedeznek, melyek kisebbek, mint a Jupiter, méretük a Neptunuszéhoz hasonlítható, de ugyancsak közel keringenek központi csillagukhoz. Az eddigi észlelések alapján azonban Szabó M. Gyula és Kiss L. László, a Magyar Tudományos Akadémia KTM Csillagászati Kutatóintézet Lendület-csoportjának tagjai arra hívták fel a figyelmet, hogy a napjukhoz nagyon közel lévő, kevesebb mint háromnapos keringési idejű gázóriások között alig akadnak „forró Neptunuszok” és kisebb „forró Jupiterek”, míg a nagyméretű „forró Jupiterek” valósággal hemzsegnek ezen a területen. Lehetséges, hogy a kis „forró Jupiterek” és a „forró Neptunuszok” hamar elpárolognak a csillag közelében, mivel kisebb gravitációjukkal nem tudják úgy megtartani légkörüket, mint a nagy „forró Jupiterek”, melyek nagyobb tömegvonzásuk révén jobban meg bírják tartani légkörüket.

Újfalussy Géza
Kárpátalja.ma