Teleskop Webba po raz pierwszy zbadał skład powierzchni skalistej egzoplanety

4 maja 2026, 18:41 | Astronomia/fizyka

Planeta LHS 3844 b krąży zaledwie 48,5 roku świetlnego od Ziemi wokół chłodnego czerwonego karła. Jest o 30% większa od Ziemi i znajduje się tak blisko swojej gwiazdy, że obiega ją w ciągu zaledwie 11 godzin. Z powodu tej niewielkiej odległości planeta została „zablokowana” w wyniku oddziaływania sił pływowych i znajduje się w obrocie synchronicznym. Oznacza to, że – podobnie jak Księżyc w stosunku do Ziemi – jest zwrócona zawsze jedną półkulą w stronę gwiazdy. Strona ta jest rozgrzana do blisko 1000 K (ok. 725 stopni C).

Sebastian Zieba z Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian oraz Laura Kreidberg, dyrektor Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka (MPIA)  oraz ich zespół z USA, Chin i Niemiec, przeprowadzili badania powierzchni LHS 3844 b. Wykorzystali w tym celu instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) znajdujący się na pokładzie Teleskopu Jamesa Webba (JWST), obserwując w paśmie w zakresie 5–12 mikrometrów trzy zaćmienia planety przez gwiazdę.

Gdy planeta chowa się za swoją gwiazdą i ponownie wyłania, teleskop rejestruje zmianę całkowitej jasności układu. Różnica ta to bezpośrednia emisja termiczna z dziennej półkuli planety. MIRI podzieliło tę emisję na 12 wąskich przedziałów długości fali, tworząc prawdziwe spektrum emisji skalistej powierzchni, coś, czego dotąd nie udało się osiągnąć z taką precyzją.

Z tego spektrum można wyciągnąć wnioski na temat składu powierzchni. Analiza pokazała, że najlepiej pasuje ono do ciemnych skał ubogich w krzemionkę, bazaltu lub skał oliwinowych typowych dla płaszcza Ziemi. Obecność referencyjnego dla nauki granitu Orlando Gold wykluczono z całkowitą pewnością, poziom ufności wyniósł tutaj aż 9σ. Pozwala to też wykluczyć inne skały bardzo bogate w kwarc o typowym widmie granitowym. Autorzy badań przypominają, że w całym Układzie Słonecznym granit powszechnie występuje jedynie na Ziemi, co pokazuje, jak unikatową geologię ma nasza planeta. Na poziomie powyżej 3σ wykluczono też wszelkie inne zwietrzałe skały tworzące regolit, z wyjątkiem hematytu.

Choć sproszkowane skały same w sobie nie pasują, obraz zmienia się po uwzględnieniu wietrzenia kosmicznego. Intensywne promieniowanie gwiazdy i uderzenia mikrometeoroidów stopniowo rozkruszają skały, a jednocześnie dochodzi do ciemnienia powierzchni wskutek wytwarzania nanocząstek żelaza i wzbogacania całości w węgiel.

Uzyskane dane wskazują na dwa możliwe scenariusze. Pierwszy to istniejąca na powierzchni świeża, ciemna skała bazaltowa bogata w oliwiny, powstała wskutek niedawnego geologicznego odnawiania powierzchni. Wtedy jednak należałoby się spodziewać wykrycia śladów odgazowywania, których nie widać. Szczególnie wymowny jest brak SO₂. Autorzy badań nie wykluczają jednak, że związki lotne, uwolnione w wyniku działalności wulkanicznej, mogłyby ulec szybkiej kondensacji i zostać uwięzione po zimnej stronie planety.

Drugi scenariusz zakłada istnienie starego regolitu, pociemniałego przez miliardy lat wietrzenia kosmicznego, który byłby podobny do pyłu pokrywającego Księżyc. I to on właśnie bardziej pasuje do zebranych danych, tłumacząc jednocześnie brak śladów aktywności wulkanicznej.

Brak skał podobnych do granitu przemawia też za tym, że LHS 3844 b nigdy nie przeszła przez procesy analogiczne do tektoniki płyt. Brak dowodów na działanie wody na skały, wielokrotne topienie i rekrystalizację skał – wszystko to, co uczyniło Ziemię geologicznie wyjątkową w Układzie Słonecznym.

Podsumowując, dane sugerują, że na powierzchni mamy do czynienia ze skałami bogatymi w oliwin. To materiał, który dominuje w bardzo gorących pierwotnych skałach młodych płaszczów planetarnych. Na Ziemi takie warunki istniały miliardy lat temu. Jeśli jednak mielibyśmy do czynienia z młodą powierzchnią, należałoby się spodziewać gazów wulkanicznych, CO₂ i SO₂, których nie wykryto. Inna możliwość to pokryta ściemniałym regolitem bardzo stara powierzchnia. Powstaje więc pytanie, czy powierzchnia jest młoda i wulkaniczna, czy bardzo stara i martwa. Brak gazów wulkanicznych sugeruje drugi scenariusz. Wątpliwości te można rozstrzygnąć za pomocą kolejnych badan Teleskopem Webba.

Naukowcy chcą przeprowadzić badania, w trakcie których zbiorą dane z ośmiu zaćmień i, między innymi, przeanalizują krzywą fazową planety, czyli całą krzywą reprezentującą zmiany jej jasności w czasie obiegu wokół gwiazdy.

Z wynikami badań można zapoznać się na łamach Nature Astronomy.

Teleskop Webba powierzchnia egzoplaneta skład