A központi csillagukhoz extrém közelségben keringő kőzetbolygók a gravitációs árapályerők miatt szinte kivétel nélkül kötött keringésűvé válnak. Ez azt jelenti, hogy tengely körüli forgási idejük megegyezik a keringési idejükkel, vagyis a Föld Holdjához hasonlóan mindig ugyanazt az arcukat fordítják a csillag felé. A nappali féltekén a hőmérséklet emiatt brutális magasságokba szökik: a legtöbb esetben kényelmesen átlépi a 800 Celsius-fokos határt, ahol a szilikátos kőzetek már megolvadnak és felszíni lávaóceánokként folynak, miközben az örök éjszakába burkolózó sötét oldal a végtelen űr fagyos hidegével néz farkasszemet.

A friss csillagászati megfigyelések azonban azt mutatják, hogy ezen lávabolygók egy részének nappali oldala lényegesen hűvösebb annál, mint amit a csillag közvetlen közelsége és a besugárzás mértéke diktálna. Ez a hőmérséklet-különbség csalhatatlan jele annak, hogy a beérkező brutális hőmennyiséget valami eltereli: vagy a magaslégköri felhőzet veri vissza a fényt közvetlenül a világűrbe, vagy egy dinamikusan áramló, vastag atmoszféra szállítja át a forróságot az éjszakai féltekére – a legvalószínűbb forgatókönyv szerint pedig e két mechanizmus egymást kiegészítve dolgozik.

A légkör jelenléte egy lávabolygón már önmagában is fizikai rejtély. A forró felszín törvényszerűen forró atmoszférát hoz létre, a magas hőenergia pedig óriási mozgási energiát ad a gázmolekuláknak ahhoz, hogy legyőzzék a gravitációt és megszökjenek a bolygóközi térbe. Ehhez társul a csillag közvetlen, roncsoló sugárzása.

Ahogy Dr. Edwin Kite, a Chicagói Egyetem professzora és a kutatás vezetője fogalmazott: a józan elmélet szerint minél közelebb kering egy kőzetbolygó a csillagához, annál nehezebb megtartania bármiféle gázburkot. Kite és doktorandusz hallgatói pontosan azért kezdték el szisztematikusan átvizsgálni az ismert ultrahőmérsékletű kőzetbolygókat, hogy kiderítsék, hol húzódnak a légkör megtartásának határai. Az eredmények azonban minden előzetes modellt felülírtak: ahelyett, hogy a viszonylag hűvösebb, mérsékeltebb sugárzásnak kitett lávavilágokon mutatkoztak volna légköri nyomok, a vastag atmoszféra jelenlétét éppen a legszélsőségesebben forró planétáknál sikerült kimutatni.

Ez teszi kivételesen érdekessé a friss tanulmány alanyát, a HD 3167 b jelű exobolygót, amely az eddig azonosított légkörös lávabolygók közül a leghidegebbnek bizonyult. A rendszer fizikai paraméterei döbbenetesek:

• A bolygó sugara mintegy 60 százalékkal haladja meg a Földét, vagyis egy úgynevezett szuperföldről van szó.
• Pályája annyira szűk, hogy alig 23 földi óra alatt tesz meg egy teljes kört a csillaga körül.
• A központi csillag fényessége alapján pedig vastag légkör megléte esetén a nappali oldal hőmérsékletének el kellene érnie vagy meg kellene haladnia a 2200 Celsius-fokot.

A távcsöves mérések és a visszavert fény színképelemzése azonban mindössze 1500 Celsius-fokos felszíni hőmérsékletre utal. Bár ez még mindig felfoghatatlanul forró, mintegy 700 fokos hiányt mutat a modellhez képest. Elméletben persze felmerülhetne, hogy a bolygó felülete valamilyen rendkívül világos, fehér kőzetből áll, amely hatékonyan veri vissza a fényt, ám a kutatócsoport számításai szerint a különbséget egy hőcserélőként funkcionáló, vastag atmoszféra jelenléte magyarázza a legvalószínűbben. Mindez azt jelenti, hogy vagy létezik egy eddig ismeretlen hőmérsékleti küszöbérték, amely fölött a légkör túlélése biztosított – és a HD 3167 b éppen ezen a határon egyensúlyozik –, vagy valamilyen egyedi geológiai folyamat miatt képes megőrizni a burkát ott, ahol a hasonló adottságú társai már rég elveszítették azt.

A kutatócsoport tagja, Brandon Coy rávilágított: a legnagyobb kérdés jelenleg nem pusztán a gázburok létezése, hanem annak pontos kémiai összetétele. Korábban a tudományos közösség úgy kalkulált, hogy ha ilyen pokoli hőségben létezik is légkör, az kizárólag a felszínről elpárolgott, aeroszol formájában lebegő szilikátokból és kőzetgőzökből állhat. A legújabb spektroszkópiai adatok azonban arra utalnak, hogy ezek a rendszerek sokkal összetettebbek: az atmoszférában nehezebb gázok, például szén-dioxid, szén-monoxid vagy akár vízgőz is jelen lehetnek jelentősebb koncentrációban.

A The Astrophysical Journal Letters hasábjain publikált tanulmány messze túlmutat a távoli csillagrendszerek puszta katalogizálásán. Bár a Föld jóval messzebb kering a Naptól, mint ahogy a HD 3167 b a saját csillagától, a Naprendszer korai szakaszában a saját bolygónk is átment egy kísértetiesen hasonló állapoton. Amikor a bolygókeletkezés idején gigantikus aszteroidák és protoplanéták csapódtak a fiatal Földbe, a felszabaduló kinetikus energia nálunk is globális magmaóceánná olvasztotta a felszínt.

A szakemberek szerint bármilyen új információ, amit ezekről az extrém exobolygókról – a lávafelszín és a felette elterülő gázréteg kölcsönhatásáról – megtudunk, közvetlenül segíti a tudósokat abban, hogy pontosabban modellezzék a formálódó Föld korai köpenyfejlődését, atmoszférájának kialakulását és a későbbi élhető állapot felé vezető út első lépéseit.

(Borítókép: Számítógépes illusztráció a HD 3167 b-ről. Fotó: NASA)