Υπερηχητικοί άνεμοι, βροχές από πέτρα στο καιρικό δελτίο εξωπλανήτη

Ωκεανοί, άνεμοι, βροχές. Φαινομενικά, οι καιρικές συνθήκες θυμίζουν Γη. Μόνο που εδώ οι θάλασσες αποτελούνται από λάβα και από τον ουρανό δεν πέφτει νερό αλλά πέτρες.

Βρισκόμαστε στον K2-141bm, έναν πλανήτη που γυροφέρνει ένα μικρό, πορτοκαλί άστρο στον αστερισμό του Ιχθύος, σχεδόν 200 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Κανένα σημερινό τηλεσκόπιο δεν μπορεί να τον διακρίνει άμεσα, ωστόσο η παρουσία του έγινε αντιληπτή χάρη σε έμμεσες τεχνικές.

Σε μελέτη που δημοσιεύεται τώρα στο έγκριτο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ερευνητές στον Καναδά και την Ινδία χρησιμοποιούν υπολογιστικά μοντέλα για να προσομοιώσουν την ατμόσφαιρα του εξωτικού πλανήτη.

Ο K2-141bm, ο οποίος έχει μάζα λίγο μεγαλύτερη από της Γης και κατατάσσεται έτσι στις «υπερ-Γαίες», βράζει σε ακραίες θερμοκρασίες λόγω της εξαιρετικά μικρής απόστασής του από το μητρικό του άστρο.

Λόγω βαρυτικών αλληλεπιδράσεων, η μια πλευρά του εξωπλανήτη κοιτάζει μόνιμα προς το άστρο, ενώ η άλλη μένει αιώνια βυθισμένη στο σκοτάδι (η μία πλευρά της Σελήνης κοιτάζει μόνιμα προς τη Γη λόγω του ίδιου φαινομένου).

Ως αποτέλεσμα, υπολογίζουν οι ερευνητές, η νυχτερινή πλευρά παραμένει κατεψυγμένη στους -200 βαθμούς Κελσίου, ενώ στη φωτεινή πλευρά η θερμοκρασία φτάνει γύρω στους 3.000 βαθμούς Κελσίου. Στις συνθήκες αυτές, όλα τα πετρώματα λιώνουν και σχηματίζουν έναν απέραντο ωκεανό λάβας, με βάθος που εκτιμάται στα 100 χιλιόμετρα.

Ένα μικρό μέρος της ωκεάνιας λάβας εξαερώνεται λόγω της ακραίας θέρμανσης και σχηματίζει μια λεπτή ατμόσφαιρα -την οποία θα μπορούν πιθανώς να διακρίνουν μελλοντικά τηλεσκόπια.

Επιπλέον, η ακραία διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στα δύο ημισφαίρια προκαλεί ανέμους που μαστιγώνουν την επιφάνεια με υπερηχητικές ταχύτητες της τάξης των 5.000 χιλιομέτρων ανά ώρα –τουλάχιστον δέκα φορές πιο γρήγορα από ό,τι οι ισχυρότεροι άνεμοι στη Γη.

Κύκλος νερού, κύκλος πέτρας

Τα ατμοποιημένα πετρώματα από τα οποία αποτελείται η ατμόσφαιρα, δείχνουν οι προσομοιώσεις, μεταφέρονται από τον ισχυρό άνεμο στην παγωμένη σκοτεινή πλευρά του πλανήτη, οπότε στερεοποιούνται. Οι πέτρες που σχηματίζονται πέφτουν σαν βροχή στον ωκεανό λάβας και ο κύκλος αρχίζει από την αρχή.

Μοιάζει με τον κύκλο του νερού στη Γη, κατά τον οποίο το νερό εξατμίζεται από τους ωκεανούς, ανεβαίνει σε ανώτερα, ψυχρά στρώματα της ατμόσφαιρας, οπότε υγροποιείται και πέφτει πίσω στην επιφάνεια για να κλείσει ο κύκλος μεταφοράς.

Στην περίπτωση του K2-141bm, ο κύκλος του νερού έχει αντικατασταθεί από τον κύκλο των πετρωμάτων. Ωστόσο ο κύκλος του εξωπλανήτη δεν είναι τόσο σταθερός όπως ο κύκλος του νερού στη Γη. Τα πετρώματα που πέφτουν σαν βροχή στην κατεψυγμένη νυχτερινή πλευρά δεν επιστρέφουν εύκολα στον κύκλο, και οι ερευνητές προβλέπουν ότι η επιφάνεια και η ατμόσφαιρα του καυτού πλανήτη θα αλλάξει με την πάροδο του γεωλογικού χρόνου.

Όμως, παρά τις τεράστιες διαφορές ανάμεσα στον K2-141bm και το γήινο περιβάλλον, η ερευνητική ομάδα επισημαίνει ότι η μελέτη των εξωπλανητών από λάβα προσφέρει νέα στοιχεία και για τον σχηματισμό του Ηλιακού Συστήματος.

Όπως εξηγεί ο Νίκολας Κόουναν του Πανεπιστημίου «ΜακΓκιλ» στον Καναδά, «όλοι οι βραχώδεις πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης, ξεκίνησαν τη ζωή τους ως κόσμοι από μάγμα, πριν τελικά κρυώσουν και στερεοποιηθούν».

«Οι πλανήτες λάβας μας προσφέρουν μια σπάνια ματιά σε αυτό το στάδιο της πλανητικής εξέλιξης.

Η ερευνητική ομάδα αναλύει τώρα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer της NASA προκειμένου να επιβεβαιώσουν τις εκτιμήσεις τους για τις θερμοκρασίες στη φωτεινή και τη σκοτεινή πλευρά του εξωπλανήτη.

Οριστικές απαντήσεις για τη σύσταση της ατμόσφαιρας και τις βροχές πετρωμάτων αναμένεται δοθούν από το υπέρυθρο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο προγραμματίζεται να εκτοξευτεί το 2021 ως διάδοχος του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble.