Vindar kan avslöja magnetfält på främmande planeter

Magnetfält har hittills inte kunnat mätas på planeter utanför vårt solsystem, eftersom de ligger för långt bort för direkta mätningar. Men när en internationell forskargrupp studerade sju Jupiter-liknande exoplaneter upptäckte de ett oväntat samband: Ju varmare planeten var, desto långsammare blåste vindarna. En möjlig förklaring är att dolda magnetfält bromsar upp rörelserna i atmosfären.

De sju undersökta planeterna kallas för ultraheta gasjättar – likt Jupiter består de helt av gas och är dessutom extremt varma. Samtliga är tidvattenlåsta mot sin stjärna, vilket innebär att de alltid vänder samma sida mot stjärnan, precis som månen gör mot jorden. Det skapar stora temperaturskillnader mellan planeternas dag- och nattsidor som får gaserna i atmosfären att röra på sig så att kraftfulla vindar uppstår. Genom att studera en planet när den passerar framför sin stjärna kan forskare bland annat se vilka ämnen atmosfären består av och mäta hur snabbt vindarna blåser.

– Vi såg att ju varmare planeten var, desto lägre var vindhastigheten, säger Adrien Simonnin, en av medförfattarna till studien från Lunds universitet.

Upptäckten går emot tidigare modeller och förväntningar från fysiken – att vindhastigheten borde öka med temperaturen. Enligt forskargruppen kan sambandet förklaras med att planeterna har magnetfält, eftersom magnetfält skulle kunna bromsa vindarna. 

– Magnetfält kan vara en trovärdig förklaring till observationerna. Men eftersom slutsatsen bygger på modeller måste den testas vidare. Det kan finnas andra förklaringar, kommenterar Alexis Brandeker, exoplanetforskare vid Stockholms universitet.

Forskargruppen studerade framför allt järn i de sju exoplaneternas atmosfärer.

– Vi såg att det fanns järn i atmosfären men mönstret hade förskjutits i spektrumet, säger Adrien Simonnin.

Förskjutningen tolkas som en dopplereffekt av att vindarna förflyttar järnet i atmosfären, och kan därför användas för att beräkna vindhastigheten.

– De uppmätta vindhastigheterna gick upp till 25 000 kilometer i timmen. Som jämförelse är högsta vindhastigheten uppmätt på Jupiter 1 500 kilometer i timmen, säger Adrien Simonnin.

Forskargruppen undersökte vindens beteende och jämförde resultatet med modeller för hur vindarna förväntas röra sig om ett magnetfält finns. Slutsatsen blev att sambandet med vindhastigheten motsvarar ett magnetfält med en styrka jämförbar med Jupiters.

Jordens magnetfält fungerar som ett skyddande lager mot energirika partiklar – utan det hade jorden varit en fientlig plats. Även om superheta jupiterliknande planeter inte kan erbjuda ett välkomnande hem för liv är kunskapen om magnetfält viktig för att förstå hur beboeliga planeter utvecklas.

– Magnetosfären hindrar atmosfären från att gradvis eroderas. Exempelvis blåstes Mars atmosfär bort av solvinden eftersom planeten inte har någon magnetosfär, säger Alexis Brandeker. 

Att undersöka gasjättar kan också hjälpa forskare att förstå stenplaneter som är uppbyggda på ett sätt som mer liknar jorden.

– En hypotes är att stenplaneter som man hittar nära sina stjärnor en gång har varit större gasplaneter men att atmosfären har eroderat, säger Alexis Brandeker.

Kunskap om magnetfält kan hjälpa forskare att förstå hur planeter utvecklas och under vilka förutsättningar de kan bli beboeliga.

– Ingen av dessa planeter är beboelig, men de kan ge oss ledtrådar om hur magnetfält ser ut på planeter som befinner sig längre ut i sina stjärnsystem – planeter som kanske till och med är beboeliga, säger Alexis Brandeker.

Upptäckten var möjlig tack vare teleskopen Very large telescope i Chile och Gemini north på Hawaii.  

– Även om mätningarna gjordes indirekt är det en jättestor upptäckt om man tänker på hur svårt det är att mäta exoplaneters magnetfält, säger Alexis Brandeker.

Att studera mindre planeter är inte möjligt med dagens teleskop. Nästa mål är därför att utforska fler och framför allt en större variation av planeter med hjälp av ett mer avancerat teleskop.

– När ELT (Extremely large telescope) är på plats kan vi förhoppningsvis studera jordliknande planeter, säger Adrien Simonnin.

ELT planeras att ta sina första bilder 2030.