Astronomie heeft in de afgelopen decennia duizenden exoplaneten opgespoord, maar het in kaart brengen van hun interne atmosfeer bleef lang een vrijwel onbereikbare uitdaging. Inmiddels hebben internationale onderzoekers een grote stap gezet: zij hebben een driedimensionale kaart van de temperatuurverdeling van een exoplaneet gemaakt. Deze mijlpaal biedt voor het eerst een compleet thermisch overzicht van een atmosfeer op honderden jaren-licht afstand.
Een extreem laboratorium: WASP-18b
Het object van dit onderzoek is WASP-18b, een reusachtige gasplaneet met bijna tien keer de massa van Jupiter. De baan van WASP-18b is bijzonder krap: het voltooien van één omloop rond zijn ster duurt slechts 23 uur. Door deze nabijheid en de intense straling is het een extreem heet hemellichaam, wat het tot een praktisch laboratorium maakt om fysische processen in atmosferen bij zeer hoge temperaturen te bestuderen.
Door die intensiteit ontstaan omstandigheden waarin chemische verbindingen die wij op aarde als gangbaar zien, ter plaatse uit elkaar vallen. Dat maakt WASP-18b uitermate geschikt om te onderzoeken hoe warmte, chemie en dynamica in een exoplaneetatmosfeer samenwerken.
Hoe de 3D-kaart tot stand kwam
De sleutel tot het succes was een nauwkeurige observatietechniek genaamd eclipsmapping. Wanneer WASP-18b achter zijn ster verdwijnt, daalt de totale helderheid zeer licht. Die kleine variatie bevat waardevolle informatie: het geeft aan welke delen van de planeet op dat moment meer of minder stralen.
Met behulp van de James Webb Space Telescope (JWST) registreerden wetenschappers deze helderheidsvariaties in meerdere gebieden van het infrarode spectrum. Elke golflengte dringt door tot andere dieptes in de atmosfeer. Door die spectrale gegevens te combineren met fysische modellen kon het team reconstrueren hoe de temperatuur varieert:
- van de verlichte (dag)zijde naar de nachtzijde,
- van de hogere atmosferische lagen naar de diepere lagen,
- en van het evenaargebied naar middelste breedtegraden.
Het resultaat is een dynamische, driedimensionale thermische kaart die laat zien hoe warmtestromen door de atmosfeer bewegen en veranderen over verschillende hoogtes en breedtegraden.
Wat de kaart onthult over water en chemie
Een van de opvallendste bevindingen is de manier waarop water reageert op de extreme omstandigheden. Op de dagzijde bereikt de temperatuur tot ongeveer 2.700 °C, een niveau dat voldoende is om waterdampmoleculen te vernietigen. Met andere woorden: de straling van de ster vernietigt op die verlichte kant zowel de chemische verbindingen als de thermische structuren die water zouden kunnen behouden.
Tegelijkertijd tonen observaties dat verder van het hete kerngebied, waar het koeler is, duidelijke sporen van waterdamp terugkeren. Niet op de fel verlichte kanten, maar in overgangsgebieden en koelere lagen waar temperaturen dalen genoeg om water te laten hervormen of overleven. Dit bevestigt modellen die al suggereerden dat een exoplanetenatmosfeer een levend systeem is, waarin componenten verschijnen, verdwijnen en verplaatsen afhankelijk van lokale fysica.
Impact op toekomstig onderzoek
De nieuwe 3D-kaart van WASP-18b is meer dan een ééndagsnieuws: het verandert fundamenteel de manier waarop atmosfeeronderzoek op exoplaneten wordt uitgevoerd. Voor het eerst is het mogelijk om niet alleen oppervlaktetemperaturen te meten, maar ook:
- hoe warmte in de diepte wordt verdeeld,
- waar bepaalde moleculen kunnen overleven en waar niet,
- en welke interne atmosferische processen spelen onder de waarneembare lagen.
Volgens co-auteur Megan Weiner Mansfield is de methode toepasbaar op veel kleinere planeten dan WASP-18b, mogelijk zelfs op rotsachtige werelden met atmosferen die complex genoeg zijn om aanwijzingen over habitabiliteit te geven. Daarmee opent dit werk de deur naar studies van planeten die veel meer op de Aarde lijken dan de huidige hete gasreuzen.
WASP-18b is extreem, maar die extremiteit maakt het juist zinvol: onderwerpen die op aarde niet reproduceerbaar zijn, treden er duidelijker op en zijn daardoor beter te analyseren. Nu deze techniek is bewezen, kunnen astronomen vergelijkbare technieken inzetten om laag-voor-laag atmosfeerstructuren van andere exoplaneten te reconstrueren, alsof er een virtuele sonde rond elke planeet draait.
| Kenmerk | Waarde |
|---|---|
| Planeet | WASP-18b |
| Massa | ~10× Jupiter |
| Omlooptijd | 23 uur |
| Max. temperatuur dagzijde | ~2.700 °C |
| Observatorium | James Webb Space Telescope (JWST) |
| Publicatie | Nature Astronomy |
Als gevolg hiervan verandert de focus van observaties: van louter detectie en basale karakterisatie naar gedetailleerde, driedimensionale atmosferische cartografie. Dat biedt nieuwe kansen om chemische stromingen, energie-transport en mogelijk habitabele omstandigheden elders in het heelal te bestuderen.
FAQ
1. Wat is eclipsmapping en waarom is het belangrijk?
Eclipsmapping is een techniek waarbij de subtiele helderheidsveranderingen tijdens het verdwijnen en weer verschijnen van een planeet achter zijn ster worden geanalyseerd. Deze variaties bevatten informatie over welke delen van de planeet meer of minder stralen, en in combinatie met spectrale gegevens kunnen onderzoekers zo temperatuur- en samenstellingsverschillen reconstrueren. Dit maakt het mogelijk om driedimensionale structuren van atmosferen te bepalen.
2. Waarom is WASP-18b onderzocht in plaats van kleinere planeten?
WASP-18b is uitzonderlijk heet en helder in het infrarood, waardoor signalen sterker en makkelijker meetbaar zijn. Die sterke signalen maken het eenvoudiger om modellen te testen en methoden te verfijnen. Zodra de techniek betrouwbaar is, kan ze worden toegepast op zwakkere signalen van kleinere en koelere planeten.
3. Vinden onderzoekers water op WASP-18b?
Op de hete dagzijde worden watermoleculen vernietigd door hoge temperaturen. Toch tonen observaties sporen van waterdamp in koelere regio's en dieper gelegen lagen, waar temperaturen voldoende zijn om water te laten overleven of te laten hervormen.
4. Wat betekent dit voor de zoektocht naar bewoonbare werelden?
Hoewel WASP-18b zelf niet bewoonbaar is, bewijst het succes van 3D-atmosfeermapping dat we in de toekomst ook gedetailleerde atmosferische kaarten van kleinere, mogelijk bewoonbare planeten kunnen maken. Dit kan cruciale informatie opleveren over temperatuurschommelingen, chemische samenstelling en omstandigheden die leven zouden kunnen ondersteunen.
