Para peneliti yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA akhirnya mengonfirmasi apa yang sebelumnya telah diprediksi oleh model: Sebuah eksoplanet memiliki perbedaan antara atmosfer pagi abadi dan atmosfer malam abadi. WASP-39 b, sebuah planet raksasa dengan diameter 1,3 kali lebih besar dari Jupiter, tetapi massanya serupa dengan Saturnus yang mengorbit sebuah bintang sekitar 700 tahun cahaya dari Bumi, terkunci secara pasang surut dengan bintang induknya. Ini berarti ia memiliki sisi siang yang konstan dan sisi malam yang konstan—satu sisi planet selalu terpapar bintangnya, sementara sisi lainnya selalu diselimuti kegelapan.
Dengan menggunakan NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) milik Webb, para astronom mengonfirmasi adanya perbedaan suhu antara pagi abadi dan sore abadi di WASP-39 b, dengan sore tampak lebih panas sekitar 300 derajat Fahrenheit (sekitar 200 derajat Celsius). Mereka juga menemukan bukti tutupan awan yang berbeda, dengan bagian planet yang selalu pagi kemungkinan lebih berawan daripada sore.
Para astronom menganalisis spektrum transmisi 2 hingga 5 mikron dari WASP-39 b, sebuah teknik yang mempelajari terminator eksoplanet, batas yang memisahkan sisi siang dan sisi malam planet. Spektrum transmisi dibuat dengan membandingkan cahaya bintang yang disaring melalui atmosfer planet saat bergerak di depan bintang, dengan cahaya bintang yang tidak disaring yang terdeteksi saat planet berada di samping bintang. Saat melakukan perbandingan tersebut, para peneliti dapat memperoleh informasi tentang suhu, komposisi, dan sifat-sifat lain dari atmosfer planet.
“WASP-39 b telah menjadi semacam planet acuan dalam mempelajari atmosfer eksoplanet dengan Webb,” kata Néstor Espinoza, seorang peneliti eksoplanet di Space Telescope Science Institute dan penulis utama studi tersebut. “Planet ini memiliki atmosfer yang mengembang dan tebal, sehingga sinyal yang berasal dari cahaya bintang yang disaring melalui atmosfer planet tersebut cukup kuat.”
Spektrum Webb yang diterbitkan sebelumnya dari atmosfer WASP-39b, yang mengungkapkan keberadaan karbon dioksida, sulfur dioksida, uap air, dan natrium, mewakili keseluruhan batas siang/malam – tidak ada upaya terperinci untuk membedakan antara satu sisi dan sisi lainnya.
Kini, analisis baru tersebut membangun dua spektrum berbeda dari wilayah terminator, yang pada dasarnya membagi batas siang/malam menjadi dua setengah lingkaran, satu dari malam hari, dan satu lagi dari pagi hari. Data menunjukkan bahwa malam hari jauh lebih panas, 1.450 derajat Fahrenheit (800 derajat Celsius), dan pagi hari relatif lebih dingin 1.150 derajat Fahrenheit (600 derajat Celsius).
“Sungguh menakjubkan bahwa kami mampu menguraikan perbedaan kecil ini, dan itu hanya mungkin karena sensitivitas Webb pada panjang gelombang inframerah dekat dan sensor fotometriknya yang sangat stabil,” kata Espinoza. “Setiap gerakan kecil pada instrumen atau pada observatorium saat mengumpulkan data akan sangat membatasi kemampuan kami untuk melakukan deteksi ini. Itu pasti sangat tepat, dan Webb memang seperti itu.”
Pemodelan data yang diperoleh secara ekstensif juga memungkinkan para peneliti untuk menyelidiki struktur atmosfer WASP-39 b, tutupan awan, dan mengapa malam hari lebih panas. Sementara penelitian selanjutnya oleh tim akan mempelajari bagaimana tutupan awan dapat memengaruhi suhu, dan sebaliknya, para astronom mengonfirmasi sirkulasi gas di sekitar planet sebagai penyebab utama perbedaan suhu pada WASP-39 b.
Pada eksoplanet yang sangat teradiasi seperti WASP-39 b yang mengorbit relatif dekat dengan bintangnya, para peneliti umumnya memperkirakan gas akan bergerak saat planet tersebut berputar mengelilingi bintangnya: Gas yang lebih panas dari sisi siang hari akan bergerak melalui malam hari ke sisi malam melalui aliran jet khatulistiwa yang kuat. Karena perbedaan suhu sangat ekstrem, perbedaan tekanan udara juga akan signifikan, yang pada gilirannya akan menyebabkan kecepatan angin yang tinggi.
Dengan menggunakan Model Sirkulasi Umum, model 3 dimensi yang mirip dengan yang digunakan untuk memprediksi pola cuaca di Bumi, para peneliti menemukan bahwa pada WASP-39 b angin yang bertiup cenderung bergerak dari sisi malam melintasi terminator pagi, mengitari sisi siang, melintasi terminator sore, lalu mengitari sisi malam. Akibatnya, sisi pagi terminator lebih dingin daripada sisi sore. Dengan kata lain, sisi pagi dihantam angin udara yang telah didinginkan di sisi malam, sementara sisi sore dihantam angin udara yang dipanaskan di sisi siang. Penelitian menunjukkan kecepatan angin di WASP-39 b dapat mencapai ribuan mil per jam!
“Analisis ini juga sangat menarik karena Anda memperoleh informasi 3D tentang planet yang sebelumnya tidak Anda peroleh,” tambah Espinoza. “Karena kita dapat mengetahui bahwa tepi malam lebih panas, itu berarti sedikit lebih mengembang. Jadi, secara teoritis, ada gelombang kecil di terminator yang mendekati sisi malam planet.”
Hasil tim telah dipublikasikan di Alam.
Para peneliti sekarang akan berupaya menggunakan metode analisis yang sama untuk mempelajari perbedaan atmosfer di Jupiter panas lain yang terkunci pasang surut, sebagai bagian dari Program Pengamat Umum Webb Cycle 2 3969.
WASP-39 b merupakan salah satu target pertama yang dianalisis Webb saat memulai operasi sains reguler pada tahun 2022. Data dalam studi ini dikumpulkan di bawah program Sains Rilis Awal 1366, yang dirancang untuk membantu ilmuwan mempelajari dengan cepat cara menggunakan instrumen teleskop dan mewujudkan potensi sainsnya secara penuh.