Lesklá planeta pokrytá oceánem lávy má atmosféru a zářící oblaka

Pozorování vesmírným teleskopem Jamese Webba naznačují, že její povrch chrání před hvězdným žárem zářivá oblaka minerálů, která fungují jako obří slunečník. Jak je možné, že tento extrémní svět neztratil svou atmosféru už před miliardami let?

Představte si svět, na jehož povrchu se místo oceánů vody rozlévá moře roztavené horniny. Planetu, která obíhá tak blízko své hvězdy, že by podle dosavadních představ měla být prakticky obnaženou koulí žhavé horniny bez atmosféry. Právě taková je exoplaneta TOI-561 b. Jenže nejnovější pozorování ukazují, že skutečnost může být mnohem složitější, než astronomové předpokládali.

Mezinárodní vědecký tým využil vesmírný teleskop Jamese Webba (JWST) a sledoval tuto vzdálenou planetu po dobu 37 hodin. Výsledky, publikované v odborném časopise The Astronomical Journal, naznačují, že TOI-561 b obklopuje rozsáhlá atmosféra a že její povrch může před částí intenzivního hvězdného záření chránit vrstva světlých minerálních oblaků.

Objev zpochybňuje dosavadní představy o tom, jak se planety vyvýjejí v extrémních podmínkách a jak dlouho si dokážou udržet atmosféru.

TOI-561 b se nachází přibližně 280 světelných let od Země. Patří mezi kamenné exoplanety, které obíhají mimořádně blízko svých mateřských hvězd. Její prostředí je proto zcela odlišné od podmínek na naší planetě.

Intenzivní záření hvězdy by mělo povrch zahřívat na extrémní teploty a současně postupně odnášet plyny z okolí planety. Astronomové proto dlouho předpokládali, že takový svět nemůže po miliardy let udržet významnější atmosféru.

Jenže první pozorování odhalila záhadu: denní strana planety byla chladnější, než by odpovídalo představě tmavé, holé horniny vystavené tak silnému záření.

Kam se tedy ztrácí očekávané teplo?

Vědci zvažovali dvě hlavní možnosti. Teplo se mohlo přenášet z osvětlené strany na stranu noční, která hvězdu nikdy přímo nevidí. Anebo se značná část záření odrážela zpět do vesmíru ještě předtím, než ji povrch planety stačil pohltit.

Pozorování celého oběhu kolem hvězdy pomohlo tuto záhadu rozplést.

Výsledky ukázaly, že noční strana planety není dostatečně teplá na to, aby vysvětlila celý rozdíl. TOI-561 b proto podle odhadů odráží přibližně tři čtvrtiny dopadajícího hvězdného světla. Tak vysoká odrazivost je srovnatelná s Venuší, která je díky svým hustým oblakům mimořádně jasná.

Co by ale mohlo vytvářet tak účinný reflexní štít na světě, kde se taví horniny?

Jedním z nejzajímavějších vysvětlení jsou oblaka tvořená drobnými částicemi křemičitanových minerálů. Počítačové modely klimatu planety naznačují, že by se v její atmosféře mohly vyskytovat látky, jako je oxid křemičitý a křemičitan hořečnatý.

Tyto minerály by mohly vytvářet světlou oblačnou vrstvu, která odráží významnou část záření zpět do vesmíru. Fungovala by tak trochu jako slunečník: omezovala by množství energie, jež se dostane až na povrch.

Je však důležité rozlišovat mezi tím, co astronomové skutečně naměřili, a tím, co zatím vyplývá z modelů. Teleskop zaznamenal změny jasnosti a tepelného záření planety. Konkrétní složení oblaků zůstává hypotézou, která bude vyžadovat další ověření.

Samotná existence atmosféry je možná ještě větším překvapením než odrazivá oblaka.

Jak se jí podařilo přežít?

Jednou z možností je, že planeta vznikla s neobvykle velkou zásobou plynů. Ty by jí mohly pomáhat vzdorovat dlouhodobému působení hvězdného záření.

Další scénář je ještě dramatičtější. TOI-561 b by mohla mít podstatný zdroj plynů přímo ve svém nitru. Pokud její povrch pokrývá rozsáhlý oceán magmatu, mohou se z roztavené horniny průběžně uvolňovat plyny, které atmosféru doplňují.

Planeta by tak fungovala jako obrovská sopečná soustava. Atmosféra by se postupně ztrácela do okolního prostoru, ale její zásoby by se současně obnovovaly z nitra planety.

Tento mechanismus by mohl vysvětlit, jak si extrémně horký svět dokáže udržet plynný obal po velmi dlouhou dobu.

Vědci zatím nevědí, z čeho se atmosféra TOI-561 b přesně skládá. Ve hře jsou různé scénáře, které by mohly vést k velmi odlišné představě o fungování této planety.

První možností je hustá atmosféra bohatá na oxid uhličitý, připomínající ještě extrémnější verzi Venuše. Takový plynný obal by ovlivňoval způsob, jakým planeta přijímá, zadržuje a rozděluje teplo.

Druhou možností je atmosféra bohatá na oxid siřičitý, plyn známý mimo jiné z prostředí Jupiterova sopečně aktivního měsíce Io. V takovém případě by mohl hrát zásadní roli vulkanismus a neustálé uvolňování plynů z roztaveného nitra.

Rozdíl mezi těmito scénáři není jen chemickou zajímavostí. Pomohl by vědcům pochopit, jak se atmosféry kamenných planet vytvářejí, jak se mění a za jakých podmínek mohou přetrvat navzdory extrémnímu záření.

Klíčem k objevu nebyl jediný snímek planety, ale sledování toho, jak se mění její jasnost a tepelné záření během oběhu kolem hvězdy.

Tato metoda se označuje jako fázová křivka. Astronomové při ní zaznamenávají změny světla, které přichází z planety v různých fázích jejího oběhu. Díky tomu mohou odhadovat, jak se na planetě rozkládá teplo a jak velká část hvězdného záření se odráží.

Tým pod vedením Lisy Dangové z kanadské University of Waterloo sledoval TOI-561 b po dobu 37 hodin, během nichž planeta absolvovala téměř čtyři oběhy kolem své hvězdy.

Pozorování tak umožnila získat informace nejen o osvětlené straně, ale také o straně noční. Právě kombinace těchto údajů ukázala, že samotný přenos tepla mezi oběma polokoulemi nedokáže vysvětlit všechna naměřená data.

Ve spojení s klimatickými modely tak vznikl přesvědčivý obraz planety, která odráží velké množství světla a současně přenáší část tepla kolem svého povrchu. Obojí podporuje představu, že TOI-561 b má významnou atmosféru.

Nové výsledky navazují na dřívější výzkum stejného týmu, který již přinesl důkazy svědčící o atmosféře této roztavené kamenné planety.

TOI-561 b není místem, kde bychom očekávali život podobný tomu pozemskému. Extrémní teploty, roztavený povrch a neznámé složení atmosféry z ní činí mimořádně nehostinný svět.

Její význam pro astronomii však může být zásadní. Ukazuje totiž, že ani velmi blízká oběžná dráha kolem hvězdy nemusí automaticky znamenat, že kamenná planeta zůstane bez atmosféry. Její osud může záviset na zásobách plynů, geologické aktivitě i vlastnostech oblačné vrstvy.

To má důsledky také pro výzkum vzdálenějších světů. Pokud dokážou atmosféry přežívat i za tak extrémních podmínek, mohou astronomové potřebovat přesnější modely, aby správně interpretovali pozorování kamenných exoplanet a jejich vývoj.

Další odpovědi by mohla přinést nová pozorování teleskopem Jamese Webba na delších vlnových délkách. Ta by měla vědcům pomoci lépe určit chemické složení atmosféry a zjistit, zda se TOI-561 b podobá spíše Venuši, nebo světu formovanému intenzivním vulkanismem, jako je Jupiterův měsíc Io.

Příběh TOI-561 b připomíná, že vesmír má stále připravená překvapení i pro ty nejvýkonnější přístroje, jaké kdy lidstvo postavilo.

Svět, který měl být obnaženou koulí žhavé horniny, možná obklopuje atmosféra s reflexními minerálními oblaky. Ty mohou část hvězdného žáru odrážet zpět do kosmu, zatímco plynný obal pomáhá přenášet teplo mezi denní a noční stranou.

Zatím jde o obraz sestavený z pozorování a počítačových modelů, nikoli o definitivně potvrzený popis všech procesů na planetě. Právě to ale činí tento objev tak zajímavým: astronomové mají před sebou svět, který se vymyká jejich původním očekáváním, a nyní musí zjistit proč.

TOI-561 b tak není jen vzdálenou planetou pokrytou lávou. Je také přirozenou laboratoří, která může pomoci odhalit, jak dlouho dokážou kamenné světy udržet atmosféru — i když se zdá, že by ji měly dávno ztratit.

Výsledky vycházejí z dřívějších důkazů profesorky Lisy Dangové, Dr. Anjali Pietteové a jejich spolupracovníků, že TOI-561 b má hustou atmosféru, doplňovanou plyny uvolňovanými z jejího roztaveného nitra.

Zdroj: EurekAlert; Výzkum „A Highly Reflective Atmosphere on the Lava World TOI-561 b Revealed by JWST/NIRSpec Phase Curve“, publikovaný v časopise The Astronomical Journal. DOI: 10.3847/1538-3881/ae9763.