Astronomer har tagit fram den första tredimensionella kartan över en planet som kretsar kring en annan stjärna, och avslöjat en atmosfär med tydliga temperaturzoner – en så het att den bryter ner vattenånga, rapporterar ett team under ledning av en expert från Cornell i en ny studie.
Temperaturkartan över WASP-18b – en gasjätte som kallas en ”ultrahet Jupiter” och ligger 400 ljusår från jorden – är den första som använder en teknik som kallas 3D-förmörkelsekartläggning eller spektroskopisk förmörkelsekartläggning.
Arbetet bygger på en 2D-modell som medlemmar av samma team publicerade 2023, som visade på potentialen hos eclipse mapping att utnyttja de mycket känsliga observationerna från NASA:s James Webb Space Telescope (JWST).
Forskarna säger att för många liknande typer av exoplaneter som kan observeras av JWST kan de nu börja kartlägga atmosfäriska variationer på samma sätt som till exempel jordbaserade teleskop för länge sedan observerade Jupiters stora röda fläck och bandade molnstruktur.
”Eclipse mapping gör det möjligt för oss att avbilda exoplaneter som vi inte kan se direkt, eftersom deras värdstjärnor är för ljusa”, säger Ryan Challener, postdoktorand vid institutionen för astronomi.
”Med detta teleskop och denna nya teknik kan vi börja förstå exoplaneter på samma sätt som våra grannar i solsystemet.”
Challener är försteförfattare till ”Horizontal and Vertical Exoplanet Thermal Structure from a JWST Spectroscopic Eclipse Map”, publicerad i Nature Astronomy.
Bland de mer än 30 medförfattarna finns Megan Wiener Mansfield, biträdande professor i astronomi vid University of Maryland, som var medledare för projektet, och Jake Turner, forskningsassistent vid Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science.
Det är svårt att upptäcka exoplaneter – de avger vanligtvis mycket mindre än 1 % av värdstjärnans ljusstyrka. För att kartlägga förmörkelser måste man mäta små delar av den totala ljusstyrkan när en planet cirkulerar bakom sin stjärna och döljer och avslöjar delar av den längs vägen. Forskare kan koppla små förändringar i ljuset till specifika regioner för att skapa en ljusstyrkekarta som, när den görs i flera färger, kan omvandlas till temperaturer i tre dimensioner: latitud, longitud och altitud.
” Man letar efter förändringar i små delar av planeten när de försvinner och återkommer i synfältet, säger Challener, så det är oerhört utmanande.
WASP-18b, som har ungefär samma massa som 10 Jupiter, kretsar runt sin stjärna på bara 23 timmar och har temperaturer på nära 5 000 grader Fahrenheit – vilket gav en relativt stark signal och gjorde den till ett bra testfall för den nya kartläggningstekniken.
Medan den tidigare 2D-kartan använde en enda ljusvåglängd, eller färg, analyserade 3D-kartan samma observationer från JWST:s instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) på många våglängder.
Challener sa att varje färg motsvarade olika temperaturer och höjder inom WASP-18b:s gasformiga atmosfär som kunde pusslas ihop för att skapa 3D-kartan.
”Om du skapar en karta med en våglängd som vatten absorberar, ser du vattenskiktet i atmosfären, medan en våglängd som vatten inte absorberar kommer att sondera djupare”, sa Challener. ”Om du sätter ihop dessa kan du få en 3D-karta över temperaturerna i denna atmosfär.”
Den nya bilden bekräftade spektroskopiskt distinkta regioner – med olika temperaturer och möjligen olika kemisk sammansättning – på WASP-18b:s synliga ”dagssida”, den sida som alltid vetter mot stjärnan på grund av dess tidvattenlåsta bana.
Planeten har en cirkulär ”hotspot” där det mest direkta stjärnljuset landar och där vindarna uppenbarligen inte är tillräckligt starka för att omfördela värmen.
Runt hotspoten finns en kallare ”ring” närmare planetens yttre synliga kanter, eller limb. Challener sa att mätningarna visade lägre nivåer av vattenånga i hotspoten än genomsnittet för WASP-18b.
”Vi tror att det är ett bevis på att planeten är så het i denna region att den börjar bryta ner vattnet”, sa Challener. ”Det hade förutsagts av teorin, men det är verkligen spännande att faktiskt se detta med verkliga observationer.”
Challener sa att ytterligare JWST-observationer skulle kunna bidra till att förbättra den första 3D-förmörkelsekartans rumsliga upplösning. Tekniken kan redan bidra till att belysa temperaturkartorna för andra heta jupiterplaneter, som utgör hundratals av de mer än 6 000 exoplaneter som hittills har bekräftats.
”Denna nya teknik kommer att kunna tillämpas på många, många andra planeter som vi kan observera med James Webb Space Telescope”, säger Challener.
”Vi kan börja förstå exoplaneter i 3D som en population, vilket är mycket spännande.”
Mer information: Horisontell och vertikal termisk struktur hos exoplaneter från en spektroskopisk förmörkelsekarta från JWST, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02666-9
