O istnieniu planety HD 189733 b dowiedzieliśmy się w październiku 2005 oku, gdy o jej odkryciu poinformowali francuscy astronomowie. Dane wskazywały, że glob znajduje się stosunkowo blisko Ziemi („jedynie” 65 lat świetlnych od nas) i okrążą swoją gwiazdę w ciągu zaledwie 2,2 dnia. Dzisiaj wiemy już jak wygląda „powierzchnia” HD 189733 b. Donosi o tym aktualny numer Nature.
„Mapę” planety wykonał zespół astronomów pod kierunkiem Heather Knutson z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Mapa jest umieszczona w cudzysłowie nie przypadkowo. Nie jest to bowiem mapa, o jakiej w moglibyśmy w pierwszej chwili pomyśleć. Owszem – są na niej południki i równoleżniki, ale sama treść… Ale po kolei.
Znamy już niemal 200 planet poza Układem Słonecznym. Znamienita ich większość to światy podobne do Jowisza: masywne, gazowe olbrzym. HD 189733 b to właśnie jeden z nich. W naszym systemie planetarnym gazowe olbrzymy trzymają się daleko od Słońca. Tymczasem olbrzym pozasłoneczne (te, o których wiemy) zwykły obiegać swoje gwiazdy po bardzo ciasnych orbitach. Dystans dzielący HD 189733 b i jej macierzystą gwiazdę wynosi zaledwie 3% odległości Ziemia-Słońce.
Zaćmienia ze Spitzerem
Niewielka odległość gwiazda-planeta to wyzwanie dla astronomów: blask planety ginie bowiem w oślepiającym świetle gwiazdy. Szczęśliwie układ planetarny HD 189733 jest względnie bliski Ziemi. Do tego jest układem zaćmieniowym: planeta okresowo przesłania gwiazdę, by następnie sama zostać przez nią zasłonięta. Ten orbitalny taniec znajduje odbicie w wahaniach sumarycznej jasności układu. Odpowiednio czuły instrument jest w stanie takie wahania zarejestrować, a odpowiednio wyszkolony naukowiec wyczytać z nich piękne historie.
Dla zespołu Knutson najodpowiedniejszym narzędziem okazał się Kosmiczny Teleskop imienia Spitzera, a konkretniej – instrument IRAC (Infrared Array Camera) tegoż teleskopu. 33-godzinna obserwacja, zakończona pozyskaniem 278,528 obrazów w podczerwieni, objęła większa część obiegu HD 189733 b wokół gwiazdy. W szczególności zarejestrowano zaćmienie główne (przejście planety przed tarczą gwiazdy) i wtórne (planeta znika za tarcza gwiazdy). Ponieważ pomiar wykonywano w podczerwieni (fale o długości 8 μm) automatycznie uzyskano informacje nie tyle o zmianach jasności, co temperatury.
Piekielny klimat
Co się okazało? Warunki klimatyczne na HD 189733 b można opisać jako piekielne. Dane opublikowane w Nature wskazują, że temperatura zewnętrznych warstw atmosfery HD 189733 b waha się od 973 +/-33 K do 1212+/-11K. To wystarczy by zamienić skały w magmę. Dla porównania, analogiczny pomiar temperatury na Jowiszu pokazałby około 150K. Naukowcy spodziewali się wysokiej temperatury, zaskoczyła ich jednak rozpiętość między najwyższą i najniższa wartością.
Oczekiwali większego zróżnicowania. A to dla tego, że HD 189733b jest ustawiona względem swojego słońca tak, jak Księżyc względem Ziemi: zawsze tą samą stroną. Półkula non stop oświetlona powinna być więc dużo gorętsza od półkuli wiecznie skrytej w cieniu. Fakt, że różnica wartości temperatury nie była duża sugeruje dynamiczną atmosferę. Muszą zachodzić w niej procesy cyrkulacyjne, które bardzo efektywnie przenoszą ciepło z jednej półkuli na drugą. W taki oto sposób dokonano pierwszej (tak, bardzo prostej, ale jednak) charakterystyki klimatu planety pozasłonecznej.
Pierwsza taka mapa
Obserwacje Teleskopu im. Spitzera uchwyciły HD 189733 b w różnej fazie, w zasadzie od pełni po nów, porównując sytuację do naszego Księżyca. Każde kolejne zdjęcie odsłaniało lub zakrawało inny fragment planety (inny pas rozciągający się od bieguna północnego po południowy). Takie „szatkowanie”, połączone z precyzyjnym pomiarem temperatury, oraz odpowiednim modelem promieniowania, pozwoliło rekonstruować rozkład temperatury na powierzchni planety.
Oszacowanie jest dość zgrubne, o czym wprost informują autorzy badań. Powierzchnia, o jakiej mowa to powierzchnia zewnętrznych warstw atmosfery HD 189733 b. Dlatego i mapa i powierzchnia słusznie trafiły w cudzysłowie. Nie zmienia to faktu, że tego typu dane uzyskano po raz pierwszy w historii i stanowią niemowlęcy krok w kierunku prawdziwej „kartografii planet posłonecznych”. Jednak by ta ostatnia mogła się rozwinąć, prawdopodobnie będziemy musieli opanować podróże z prędkością światła. Ale to już inna historia…
Artykuł opisujący badania: Knutson i in., 2007. A map od a day-night contrast of the extrasolar planet HD 189733b. Nature, 447, 183-186, doi: 10.1126/science.aat0636.