Hoe planeten die wisselend licht krijgen soms hun nachtzijde opwarmen
Sommige planeten buiten ons zonnestelsel laten altijd dezelfde kant naar hun ster wijzen, net zoals de maan altijd dezelfde kant naar de aarde toont. De ene kant is dan eeuwig dag, de andere kant eeuwig nacht. Je zou denken dat die nachtzijde dus altijd koud blijft. Nieuw onderzoek laat zien dat dit niet altijd klopt.
Het gaat om planeten die niet een vast rondje om hun ster draaien, maar in een ovale baan (een "excentrische baan") bewegen. Daardoor komen ze soms dichter bij hun ster en soms verder weg. Ook planeten die om twee sterren draaien, of in een schuine baan om een snel draaiende ster, krijgen op die manier wisselende hoeveelheden straling binnen. Onderzoekers noemen dit "variabel bestraalde planeten".
Een golf die resoneert
Een team van wetenschappers bouwde een computermodel van de atmosfeer van zo'n planeet. Ze gebruikten een vereenvoudigd model met één dunne luchtlaag, vergelijkbaar met hoe je waterstromingen op aarde kunt simuleren. Daarmee onderzochten ze wat er gebeurt als de hoeveelheid zonlicht steeds op en neer gaat.
De belangrijkste ontdekking: als de snelheid waarmee het licht wisselt precies overeenkomt met de snelheid waarmee luchtgolven door de atmosfeer reizen, ontstaat er "resonantie". Dat is hetzelfde principe als wanneer je op het juiste moment tegen een schommel duwt, waardoor die steeds hoger gaat. In de atmosfeer zorgt deze resonantie voor een soort staande golf die zich over de hele planeet uitstrekt.
Het gevolg is opvallend: het warmste punt van de planeet, dat normaal recht onder de ster zit, verschuift dan tijdelijk helemaal naar de nachtzijde. Precies het punt dat het verst van de ster af ligt, wordt dan het warmst. Dit warme punt beweegt ook nog heen en weer in lengtegraad, in hetzelfde ritme als de wisselende zonnestraling.
Wat dit betekent voor waarnemingen
De onderzoekers keken ook naar wat dit betekent voor telescopen op aarde. Wanneer we het licht van een planeet meten terwijl die om zijn ster draait (een "faseverloop"), zou je door dit resonantie-effect een omgekeerd patroon kunnen zien: niet de dagzijde, maar de nachtzijde lijkt dan het meeste licht uit te stralen.
Het team vond 11 bekende planeten waarbij de lichtschommeling door dit effect minstens 10 procent zou kunnen bedragen. Van al deze planeten springt HAT-P-2b eruit als de planeet waarbij het effect naar verwachting het sterkst zichtbaar zou moeten zijn. Het gaat hier om een grote, gasachtige planeet in een ovale baan.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit onderzoek is gebaseerd op een vereenvoudigd computermodel, niet op directe waarnemingen van een echte planeet in resonantie. De onderzoekers voorspellen dat het effect bij planeten als HAT-P-2b meetbaar zou moeten zijn, maar dat is nog niet daadwerkelijk bevestigd met telescoopdata. Het is ook een eerste, op zichzelf staand onderzoek: andere wetenschappers moeten de resultaten nog met eigen modellen en metingen bevestigen.
Dit soort inzichten helpt astronomen beter te begrijpen waarom de atmosfeer van verre planeten zich soms anders gedraagt dan verwacht. Toekomstige telescopen, zoals opvolgers van de James Webb Space Telescope, zouden dit effect mogelijk kunnen vastleggen bij planeten als HAT-P-2b.
Bron: Atmospheric dynamics and variability of periodically irradiated tidally locked planets