Astronomai norėjo išmatuoti vėjus septyniose tolimose planetose. Tačiau vietoj paprasto atmosferos tyrimo jie aptiko kai ką daug įspūdingesnio – nematomą jėgą, kuri gali stabdyti milžinišku greičiu lekiančius vėjus.
Kalbama apie itin karštus Jupiterius – milžiniškas dujines egzoplanetes, kurios skrieja labai arti savo žvaigždžių. Tai ne tokie pasauliai, kuriuose galėtume įsivaizduoti gyvybę, vandenynus ar ramią atmosferą. Tai kosminės krosnys, kur vienoje planetos pusėje nuolat plieskia žvaigždė, o kita pusė lieka kur kas vėsesnė.
Toks temperatūrų skirtumas turėtų sukelti milžiniškus atmosferos srautus. Ir iš tiesų – šiose planetose vėjai gali siekti tūkstančius ar net daugiau kaip 25 000 kilometrų per valandą. Tai greičiai, kurie Žemės audras paverčia beveik ramiu brizu. Tačiau mokslininkus nustebino ne pats vėjo greitis, o tai, kad karščiausiose planetose jis pradėjo elgtis priešingai, nei tikėtasi.
Kuo karščiau, tuo turėjo būti audringiau
Iš pirmo žvilgsnio viskas turėjo būti paprasta. Kuo planeta karštesnė, tuo daugiau energijos jos atmosferoje. Kuo didesnis dieninės ir naktinės pusės temperatūrų skirtumas, tuo stipresni turėtų būti vėjai, bandantys pernešti šilumą iš vienos pusės į kitą.
Tokios planetos dažnai yra potvyniškai prirakintos prie savo žvaigždžių. Tai reiškia, kad jos visada atsukusios į žvaigždę tą pačią pusę, panašiai kaip Mėnulis visada rodo Žemei tą pačią savo pusę. Viename pusrutulyje amžina diena ir pragariškas karštis, kitame – ilga, tamsesnė ir vėsesnė naktis.
Todėl astronomai tikėjosi aiškios taisyklės: karštesnė planeta – greitesni vėjai. Bet duomenys parodė priešingą vaizdą. Karščiausiuose pasauliuose vėjai ne stiprėjo, o lėtėjo.
Tai buvo tarsi pamatyti automobilį, kuris spaudžiant greičio pedalą ima ne greitėti, o stabdyti. Mokslininkams teko ieškoti nematomo mechanizmo, kuris galėtų paaiškinti tokį elgesį.
Magnetinis laukas tapo kosminiu stabdžiu
Pagrindinis įtariamasis pasirodė esantis magnetinis laukas. Itin karštų Jupiterių atmosferose temperatūra tokia aukšta, kad dalis atomų gali būti jonizuoti – kitaip tariant, atmosferoje atsiranda daug įkrautų dalelių.
Kai tokios dalelės juda per magnetinį lauką, jų judėjimas nebegali būti visiškai laisvas. Magnetinis laukas pradeda veikti kaip nematomas stabdys. Jis neleidžia atmosferai cirkuliuoti taip greitai, kaip prognozuotų vien tik įprasti vėjo ir temperatūros modeliai.
Šis reiškinys vadinamas magnetiniu stabdymu. Paprastai tariant, planeta tampa ne tik karšta dujų sfera, bet ir milžiniška magnetinė sistema, kurioje vėjų greitį lemia ne vien temperatūra, bet ir nematoma jėga.
Būtent tai ir paaiškino keistą rezultatą. Karščiausiose planetose jonizuotų dalelių daugiau, todėl magnetinis laukas gali jas veikti stipriau. Dėl to vėjai, kurie teoriškai turėjo dar labiau įsibėgėti, pradeda lėtėti.
Kaip galima išmatuoti vėją planetoje, kurios net nematome tiesiogiai?
Tai viena įspūdingiausių šio atradimo dalių. Šios egzoplanetės yra taip toli, kad jų atmosferos negalima tiesiog nufotografuoti kaip debesų Žemėje. Astronomai turi naudoti šviesą, kuri atkeliauja iš planetos žvaigždės ir praeina pro planetos atmosferą.
Kai planeta slenka priešais savo žvaigždę, dalis žvaigždės šviesos pereina per jos atmosferą. Ten esantys cheminiai elementai palieka savotiškus „pirštų atspaudus“ spektre. Šiuo atveju mokslininkai stebėjo geležies linijas.
Jei atmosferoje dujos juda, šios linijos šiek tiek pasislenka. Tai vadinama Doplerio efektu. Panašų reiškinį patiriame kasdien, kai pravažiuojančio greitosios automobilio sirena keičia toną: artėjant garsas atrodo aukštesnis, tolstant – žemesnis. Su šviesa vyksta panašus principas.
Pagal šiuos mažus poslinkius astronomai gali nustatyti, kaip greitai juda dujos planetos atmosferoje. Tam reikėjo labai jautrių prietaisų ir galingų teleskopų, nes signalai yra nepaprastai silpni. Tačiau rezultatas leido pažvelgti į atmosferas, esančias už daugybės šviesmečių nuo mūsų.
Kodėl šis atradimas svarbus ne tik tiems septyniems pasauliams?
Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad itin karšti Jupiteriai mums neturi didelės reikšmės. Jie per karšti gyvybei, per arti savo žvaigždžių ir labiau primena kosmines laboratorijas nei gyvenamus pasaulius.
Tačiau būtent tokios ekstremalios planetos leidžia patikrinti fiziką tokiomis sąlygomis, kokių neturime Žemėje. Jei mokslininkai gali suprasti, kaip magnetiniai laukai veikia tokių planetų atmosferas, jie gali geriau suprasti ir kitų egzoplanetų evoliuciją.
Magnetinis laukas yra labai svarbus planetos likimui. Žemėje jis padeda saugoti atmosferą nuo Saulės vėjo ir kosminės spinduliuotės. Be tokios apsaugos planeta gali pamažu prarasti savo atmosferą, o kartu ir sąlygas, reikalingas vandeniui bei gyvybei.
Todėl gebėjimas aptikti ar įvertinti magnetinius laukus tolimose planetose yra didžiulis žingsnis. Tai gali padėti ateityje suprasti, kurios planetos gali išlaikyti atmosferą, o kurios yra pasmerktos būti nuplėštos savo žvaigždės spinduliuotės.
Žinoma, itin karšti Jupiteriai nėra antra Žemė. Bet jie gali tapti bandymų aikštele metodams, kurie vieną dieną bus taikomi mažesnėms, uolinėms ir galbūt gyvybei palankesnėms planetoms.
Svetimų planetų pašvaistės gali būti neįsivaizduojamo masto
Jei šios planetos turi magnetinius laukus ir įkrautų dalelių atmosferose, tai reiškia, kad jose gali vykti ir kiti įspūdingi reiškiniai. Vienas iš jų – pašvaistės.
Žemėje pašvaistės atsiranda, kai įkrautos dalelės sąveikauja su magnetiniu lauku ir atmosfera. Tačiau itin karštuose Jupiteriuose sąlygos kur kas ekstremalesnės: planetos milžiniškos, žvaigždės arti, dalelių energija didžiulė, o magnetiniai procesai gali būti daug galingesni.
Tai reiškia, kad jei tokiuose pasauliuose vyksta pašvaistės, jos gali būti ne tik gražesnės už Žemės šiaurės pašvaistes, bet ir visiškai kito masto. Ne švelnios žalios užuolaidos virš horizonto, o planetinio dydžio energetiniai reiškiniai, kuriuos sunku įsivaizduoti žiūrint į naktinį dangų iš Žemės.
Kol kas tai nėra turistinis reginys, kurį galėtume pamatyti savo akimis. Bet mokslui tokios užuominos yra labai svarbios, nes jos padeda suprasti, kaip magnetizmas veikia svetimų pasaulių atmosferas.
Planas nepavyko, bet atradimas tapo dar įdomesnis
Įdomiausia šios istorijos dalis ta, kad mokslininkai iš pradžių neieškojo magnetinių laukų. Jie norėjo išmatuoti vėjus. Tačiau duomenys pasirodė tokie keisti, kad privertė pažvelgti giliau.
Būtent taip dažnai juda mokslas. Tyrėjai ieško vieno atsakymo, o randa duris į visai naują klausimą. Šiuo atveju vėjų matavimas tapo būdu pirmą kartą taip aiškiai įvertinti, kaip magnetiniai laukai veikia tolimų planetų atmosferas.
Tai rodo, kad egzoplanetų tyrimai pereina į naują etapą. Anksčiau didžiausia naujiena būdavo pati planeta: ji atrasta, ji egzistuoja, ji skrieja aplink kitą žvaigždę. Dabar mokslininkai jau matuoja jos atmosferos judėjimą, cheminę sudėtį ir net nematomus magnetinius procesus.
Kitaip tariant, mes ne tik randame svetimus pasaulius. Mes pradedame suprasti jų orus.
O tie orai kartais būna tokie ekstremalūs, kad 25 000 kilometrų per valandą vėjas tampa tik pradžia. Tikroji paslaptis slypi nematomame lauke, kuris tą vėją gali sustabdyti.
Nepraleiskite svarbiausių naujienų
Užsiprenumeruokite ir kiekvieną rytą gaukite svarbiausių dienos straipsnių santrauką.
