Przełom w analizie pogody. Wszystko dzięki obcej planecie
Na tej odległej planecie pogoda zdaje się być kompletnym chaosem. Jednak jak się okazuje, stoi za tym absolutny porządek.
Ukryty porządek w chaosie
Naukowcy z Trinity College Dublin znaleźli nowy sposób odczytywania pogody na odległych planetach. Skorzystali z danych Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Zbadali obiekt SIMP 0136, który leży 20 lat świetlnych od Ziemi. Wcześniej dopatrywano się na nim zjawisk podobnych do zorzy polarnej.
SIMP 0136 to brązowy karzeł, czyli ciało pośrednie między planetą a gwiazdą. Jest większy i gorętszy od typowego gazowego giganta. Brakuje mu jednak masy, by świecić jak gwiazda. Jego atmosferę wypełniają ogromne chmury, które szybko się zmieniają. Można więc powiedzieć, że pod kątem pogody zachowuje się jak ekstremalna wersja Jowisza.
Do analizy tego obiektu użyto metody zwanej analizą głównych składowych. To matematyczny sposób na wyłapanie najsilniejszych wzorców w dużym i skomplikowanym zbiorze danych. Badacze śledzili, jak światło karła zmienia się podczas jego obrotu. Nie zakładali z góry, jak ma działać jego atmosfera. Pozwolili, by dane same wskazały najważniejsze procesy. Metoda oddzieliła też prawdziwe zmiany od przypadkowego szumu w pomiarach. Webb wychwytuje bowiem drobne zmiany jasności, gdy kolejne fragmenty atmosfery obracają się w stronę teleskopu.
Wynik był dość zaskakujący. Mimo pozornie skomplikowanej atmosfery niemal całą jej zmienność tłumaczą tylko dwa czynniki. Są to zmiany temperatury i pionowy układ chmur. Naukowcy znaleźli też trzy powtarzalne stany pogody, które pojawiają się i znikają w miarę obrotu karła. Razem tworzą ruchomą mozaikę. Jedne regiony są gorętsze i mają cieńsze chmury. Inne są chłodniejsze i mają grubsze chmury sięgające wyżej. Pogoda nie zmienia się więc chaotycznie, lecz ma stałą strukturę. Wyniki opublikowano w czasopiśmie "Astronomy & Astrophysics".
Pierwsza autorka badania, doktorantka fizyki Merle Schrader z Trinity College Dublin, podkreśla stałość tych czynników. Według niej utrzymują się one w czasie nawet wtedy, gdy wygląd atmosfery zmienia się przez ponad tuzin obrotów. SIMP 0136 to jeden z najbardziej widocznych brązowych karłów, dzięki czemu można bardzo łatwo uzyskać z niego dane. Dane porównano już z informacjami wcześniej zdobytymi za pomocą innych metod i narzędzi, a przez to naukowcy byli w stanie zrozumieć wzajemne interakcje zjawisk pogodowych i sposób w jaki współwystępują. Co więcej, metody te można zastosować do analizy innych, mniej znanych brązowych karłów.
Jest tu także wątek osobisty. Światło, które Webb zarejestrował w 2023 roku, opuściło karła w roku narodzin Schrader (2003). Leciało do nas około dwóch dekad. Dla porównania światło z Ziemi na Księżyc dociera w nieco ponad sekundę. Badaczkę zachwyca, że z pojedynczego punktu światła rozłożonego na kolory można odczytać tak szczegółowe wzorce pogody.
Brązowe karły pomagają badać atmosfery egzoplanet, czyli planet krążących wokół innych gwiazd. Można je często obserwować bezpośrednio, a przy większości egzoplanet jest to dużo trudniejsze. Dzięki temu da się sprawdzać, jak powstają chmury i jak przepływa ciepło. Nowa metoda przyspiesza takie badania. Szybko wskazuje bowiem, co warto sprawdzić w bardziej złożonych modelach komputerowych. Profesor Johanna Vos z Trinity School of Physics uważa, że to zmieni sposób analizy przyszłych obserwacji Webba. W jej ocenie to wydajny pierwszy krok przed kosztownymi obliczeniami.
Pogoda na obcych światach to coś więcej niż chmury i temperatura. Zachowanie atmosfery zdradza skład chemiczny i warunki panujące na planecie. To ważne przy pytaniu, które światy poza Układem Słonecznym mogą nadawać się do życia.
