天文学者たちは、太陽系をはるかに超えた太陽系外惑星の異星大気の秘密を解明したが、それは私たちがこれまで見たことのないようなものだった。
国際的な天文学者チームが、科学史上初となる惑星WASP-121b（別名タイロス）の大気の3Dマッピングに成功した。ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡（そう、本当にそう呼ばれている）を用いて、複雑な気象パターンと驚くべき化学組成を特定した。火曜日にNature誌に未編集版で発表されたこの研究は、地球外大気の将来研究への道を開くものだ。
「この惑星の大気は、地球だけでなくすべての惑星における気象の仕組みに関する私たちの理解を揺るがすような挙動を示します。まるでSFの世界から飛び出してきたかのようです」と、チリにあるヨーロッパ南天天文台（ESO）の物理学者で、この研究の筆頭著者であるジュリア・ビクトリア・ザイデル氏はESOの声明で述べています。ちなみに、「惑星」の公式定義は依然として太陽系内の天体に限定されているため（一部の天文学者はこの定義の変更を提案しています）、タイロスは厳密には太陽系外惑星ですが、天文学者は簡潔さのために「惑星」という表現に固執することがあります。
問題の太陽系外惑星は、地球から約900光年離れた巨大ガス惑星（主にヘリウムと水素でできた巨大な惑星）です。主星の周りをわずか30時間ほどで周回します。実に非常に近いため、タイロスは超高温木星（非常に大きく高温で、非常に狭い軌道を持つ惑星）にも分類されています。タイロスが一周するのにかかる時間は、巨大ガス惑星が一自転するのにかかる時間と同じです。つまり、タイロスの片側は常に主星に面しており、もう片側よりもはるかに高温です（つまり、潮汐固定されています）。
ザイデル氏とその同僚たちは、ESOのVLTの4つの望遠鏡ユニットすべてを用いて太陽系外惑星の大気を分析した。鉄、ナトリウム、水素を追跡することで、惑星の深層、中層、上層大気の明確な層構造を調査することができた。
「VLTのおかげで、太陽系外惑星の大気の3つの異なる層を一挙に調べることができました」と、ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所の天文学助手であり、この研究に参加したレオナルド・A・ドス・サントス氏は述べた。「これは宇宙望遠鏡では非常に困難な観測であり、太陽系外惑星の地上観測の重要性を浮き彫りにしています」と彼は付け加えた。
その後、研究チームは観察結果の3Dマップを作成し、太陽系外の異星の大気を前例のないほど詳細に明らかにした。
「私たちが発見したのは驚くべきものでした。ジェット気流が惑星の赤道付近で物質を回転させ、一方で大気の下層では別の流れがガスを高温側から低温側へと移動させているのです。このような気候は、これまでどの惑星でも見られませんでした」とザイデル氏は説明した。タイロスのジェット気流の大きさと速度と比較すると、「太陽系で最も強力なハリケーンでさえ、それに比べれば穏やかに見えます」と彼女は付け加えた。
さらに、同じ研究者らが今週初めにAstronomy & Astrophysics誌に発表した関連研究では、ジェット気流の下流でチタンが発見されたことが報告されています。これまでの研究では、この化学物質の存在は確認されていませんでしたが、これはおそらく大気圏の深部に存在するためでしょう。
「これほど遠く離れた惑星の化学組成や気象パターンといった詳細を研究できるなんて、本当に驚異的です」と、ルンド大学で天文学と天体物理学を専攻する博士課程の学生、ビビアナ・プリノスは述べた。「この経験を通して、今は夢見ることしかできない驚くべきことを発見する寸前まで来ているような気がします。」プリノスはネイチャー誌の論文の共著者であり、付随論文も主導した。
プリノス氏の興奮はもっともなものだ。ESOが近々打ち上げる超大型望遠鏡（ELT）のような将来の望遠鏡は、研究者が地球型惑星の大気の分析を同様の方法で行うことができるようにしてくれるだろう。「ELTは太陽系外惑星の大気研究に革命をもたらすでしょう」とプリノス氏は結論づけた。
