Exoplaneter har også 'ozonlag'
Exoplaneten WASP-121b har en stratosfære, der absorberer stråling fra planetens stjerne, omtrent som det sker i ozonlaget om Jorden.
Hot Jupiter

En kæmpeplanet, der kredser tæt om sin stjerne, kaldes en 'hot Jupiter'. Sådan en kan have en atmosfære i flere lag. (Illustration:  NASA/ESA/G. Bacon (STScI))

Det er ikke just nemt at undersøge atmosfæren på en planet, der kredser rundt om en stjerne mange millioner milliarder kilometer herfra.

Historien kort
  • Kæmpeplaneten WASP-121b har en atmosfære med en stratosfære, der omtrent svarer til ozonlaget om Jorden.
  • Ved hjælp af målinger fra Hubble-teleskopet kan astrofysikerne konkludere, at temperaturen stiger et stykke oppe i planetens atmosfære.
  • Nu bliver rumteleskopet rettet ind mod mange flere exoplaneter, og nye teleskoper kommer også til.

Men helt umuligt er det ikke, og nu har en gruppe astrofysikere fundet ud af, at den store exoplanet WASP-121b tilsyneladende har en atmosfære med flere lag.

De har nemlig fundet tegn på en stratosfære om planeten, fortæller exoplanetforsker Lars Buchhave, der er lektor på Center for Stjerne- og Planetdannelse under Statens Naturhistoriske Museum og Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet:

»Normalt tænker man, at atmosfæren bliver koldere og koldere, jo længere man kommer væk fra planeten. Men her ser vi, at den faktisk bliver varmere på et tidspunkt, når man kommer højere op i atmosfæren.«

»Vi kan se sådan en temperaturvending i atmosfæren om Jorden og om andre planeter i Solsystemet, men det er første gang, vi ser det om en exoplanet.«

Lars Buchhave er medforfatter til den videnskabelige artikel i tidsskriftet Nature, hvor opdagelsen af exoplanet-stratosfæren beskrives.

Brandvarm gaskæmpe

WASP-121b er en gaskæmpe, der absolut ikke ligner Jorden. Den er en såkaldt 'hot Jupiter'. Planeten er større og tungere end Jupiter, der er Solsystemets suverænt største planet, og den kredser ganske tæt om sin stjerne. Derfor er den også meget varm – omkring 2.200 grader.

Men netop fordi den er så stor og så tæt på sin stjerne, kan det lade sig gøre at undersøge dens atmosfære fra Jorden – eller rettere fra rumteleskoperne Hubble og Spitzer, som forskerne brugte. Også selv om exoplaneten er omkring 880 lysår herfra.

Planeten blev opdaget i 2015, hvor astronomerne ved hjælp af WASP-teleskopet i Sydafrika kunne se, at den med jævne mellemrum passerede ind foran sin stjerne.

Vanddampen er brandvarm

Spektroskop-graf

De små bump på den røde linje ville ikke være der, hvis atmosfæren ikke var lagdelt. Specielt strålingen fra vanddamp (H2O) viser, at temperaturen stiger i atmosfæren. (Graf: Evans et al./Nature)

De nye detaljer om planetens atmosfære kommer fra en nærmere analyse af stjernelyset. Forskerne har sammenlignet lyset fra stjernen, inklusive det der blev reflekteret og udsendt af planeten, med lyset fra stjernen alene, mens planeten var på den anden side af den.

På den måde kunne de så at sige tage temperaturen på planeten. De kunne også se, at der er masser af vanddamp i dens atmosfære, og at vandet er så brandvarmt, at det udsender stråling i karakteristiske bølgelængder.

Strålingen fra vanddampen røbede, at temperaturen bliver højere, når man kommer til vejrs i atmosfæren.

Vanadiumoxid kan fungere som ozon

Desuden var der spor efter vanadiumoxid (VO) og måske også titaniumoxid (TiO) på gasform, og astrofysikerne mener, at de to molekyler kan fungere på omtrent samme måde, som ozon fungerer i Jordens atmosfære.

Stratosfære temperatur

På Jorden stiger temperaturen af atmosfæren, når man kommer op til ozonlaget. Noget tilsvarende sker på WASP-121b. (Illustration: UCAR)

Her absorberer ozonen de ultraviolette stråler fra Solen i den del af atmosfæren, der kaldes stratosfæren. I den forbindelse opvarmes den tynde luft, så temperaturen kommer op omkring frysepunktet i en højde af 50 km, hvor den ellers ville ligge under minus 50 grader.

Noget lignende kan ske på WASP-121b, hvor vanadiumoxid og måske også titaniumoxid tager ozonens rolle og sørger for en opvarmning af atmosfæren.

En spændende type planeter

Simon Albrecht, der er lektor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet, hvor han forsker i exoplaneter, synes, det er interessant resultat:

»Det er et skridt fremad i forhold til at måle de fysiske forhold i atmosfærer på exoplaneter. Der har været antydninger af stratosfærer på andre hot Jupiters, men senere observationer har tilbagevist målingerne. Den er vist god nok på WASP-121b.«

»Og det er spændende med hot Jupiters, for det er en type planeter, vi ikke ved ret meget om. Vi har jo ikke sådan en i vores eget solsystem. Vi lærer noget om, hvordan en atmosfære opfører sig under ekstreme forhold, hvor der for eksempel kan dannes skyer af metalforbindelser.«

Hubble skal måle meget mere

Exoplanet stratosfære

Hubble-teleskopet skal bruges til at studere mange flere exoplaneter i en systematisk jagt på viden om deres atmosfærer. (Illustration: NASA Goddard)

Nu er holdet bag opdagelsen i fuld gang med at observere andre exoplaneter for at blive klogere på deres atmosfærer.

»Denne observation er en del af et gigantisk Hubble-program, hvor vi systematisk kigger på en række exoplaneter over et bredt bølgelængeområde,« fortæller Lars Buchhave.

»Vi vil studere exoplaneter med forskellige masser og i forskellige afstande til deres stjerner for bedre at forstå, hvad der egentlig foregår i deres atmosfærer.«

Nye teleskoper er vejen frem

Hubble-teleskopet er det bedste instrument, vi har, til at foretage den slags målinger, men det har sine begrænsninger. Derfor glæder astronomerne sig til nye og bedre teleskoper.

»Teleskoper i kredsløb om Jorden kan ikke observere en exoplanet døgnet rundt. Så det vil hjælpe at flytte et rumteleskop længere væk, og det sker med James Webb Space Telescope, der opsendes til næste år. Dette teleskop bliver også meget større end Hubble-teleskopet, så det vil kunne opsamle meget mere lys,« fortæller Simon Albrecht.

Desuden vil James Webb Space Telescope, og ikke mindst det kommende European Extremely Large Telescope, have instrumenter, som bedre kan opløse lyset i bølgelængder. Det er nødvendigt, hvis man vil have flere detaljer om atmosfærernes bestanddele.

Man kan læse mere om de nye teleskoper i artiklerne Rumteleskopet James Webb slår alle rekorder og Nye kæmpeteleskoper får de gamle til at ligne dværge.

Astronomerne planlægger desuden et rumteleskop, der skal følge efter James Webb Space Telescope, og som skal designes specielt til jagten på jordlignende og måske beboede exoplaneter – det kan man læse om i artiklen Enormt rumteleskop skal finde liv på fjerne planeter.

»Teknologien i de nye teleskoper vil gøre det muligt at opfange svagere signaler fra exoplaneter, der er mindre og længere fra deres stjerne. Men det bliver ikke nemt at måle atmosfæren for jordlignende planeter,« slutter Simon Albrecht.