Een van de meest extreme planeten die buiten de randen van ons zonnestelsel zijn ontdekt, zijn lavaplaneten:vurige hete werelden die zo dicht bij hun gastster cirkelen dat sommige regio's waarschijnlijk oceanen van gesmolten lava zijn. Volgens wetenschappers van de McGill University, Universiteit van York, en het Indiase Instituut voor Wetenschappelijk Onderwijs, de atmosfeer en de weercyclus van ten minste één zo'n exoplaneet is nog vreemder, met de verdamping en neerslag van rotsen, supersonische winden met een snelheid van meer dan 5000 km/u, en een magma-oceaan van 100 km diep.

In een studie gepubliceerd in Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , de wetenschappers gebruiken computersimulaties om de omstandigheden op K2-141b te voorspellen, een exoplaneet ter grootte van de aarde met een oppervlak, oceaan, en atmosfeer allemaal gemaakt van dezelfde ingrediënten:rotsen. Het extreme weer dat door hun analyse wordt voorspeld, kan het oppervlak en de atmosfeer van K2-141b in de loop van de tijd permanent veranderen.

"De studie is de eerste die voorspellingen doet over weersomstandigheden op K2-141b die kunnen worden gedetecteerd op honderden lichtjaren afstand met telescopen van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope, " zegt hoofdauteur Giang Nguyen, een doctoraat student aan de York University die onder toezicht van McGill University Professor Nicolas Cowan aan het onderzoek werkte.

Tweederde van de exoplaneet kijkt uit op eindeloos daglicht

Bij het analyseren van het verlichtingspatroon van de exoplaneet, het team ontdekte dat ongeveer tweederde van de K2-141b permanent daglicht heeft, in plaats van het verlichte halfrond dat we op aarde gewend zijn. K2-141b behoort tot een subset van rotsachtige planeten die heel dicht bij hun ster draaien. Deze nabijheid houdt de exoplaneet door zwaartekracht op zijn plaats, wat betekent dat dezelfde kant altijd naar de ster is gericht.

De nachtzijde ervaart ijskoude temperaturen van onder de -200 C. De dagzijde van de exoplaneet, bij een geschatte 3000 C, is heet genoeg om niet alleen stenen te smelten, maar ook te verdampen, uiteindelijk het creëren van een dunne atmosfeer in sommige gebieden. "Onze bevinding betekent waarschijnlijk dat de atmosfeer zich iets voorbij de kust van de magma-oceaan uitstrekt, waardoor het gemakkelijker te zien is met ruimtetelescopen, " zegt Nicolas Cowan, een professor in de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen aan de McGill University.

Zoals de watercyclus van de aarde, alleen met stenen

Opmerkelijk, de rotsdampatmosfeer gecreëerd door de extreme hitte ondergaat neerslag. Net als de waterkringloop op aarde, waar water verdampt, stijgt in de atmosfeer, condenseert, en valt terug als regen, zo ook het natrium, siliciummonoxide, en siliciumdioxide op K2-141b. Op aarde, regen stroomt terug in de oceanen, waar het opnieuw zal verdampen en de watercyclus wordt herhaald. Op K2-141b, de minerale damp gevormd door verdampt gesteente wordt naar de ijskoude nachtkant geveegd door supersonische winden en rotsen "regenen" terug naar beneden in een magma-oceaan. De resulterende stromen stromen terug naar de warme dagzijde van de exoplaneet, waar steen weer verdampt.

Nog altijd, de cyclus op K2-141b is niet zo stabiel als die op aarde, zeggen de wetenschappers. De terugstroom van de magma-oceaan naar de dagzijde is traag, en als resultaat voorspellen ze dat de minerale samenstelling in de loop van de tijd zal veranderen - en uiteindelijk het oppervlak en de atmosfeer van K2-141b zal veranderen.

"Alle rotsachtige planeten, inclusief aarde, begonnen als gesmolten werelden, maar daarna snel afgekoeld en gestold. Lavaplaneten geven ons een zeldzame glimp van dit stadium van planetaire evolutie, ", zegt professor Cowan van het departement Aard- en Planetaire Wetenschappen.

De volgende stap zal zijn om te testen of deze voorspellingen correct zijn, zeggen de wetenschappers. Het team heeft nu gegevens van de Spitzer Space Telescope die hen een eerste glimp moeten geven van de dag- en nachttemperaturen van de exoplaneet. Met de lancering van de James Webb Space Telescope in 2021, ze kunnen ook controleren of de atmosfeer zich gedraagt ​​​​zoals voorspeld.