Bland de mest extrema planeterna som upptäckts bortom kanterna av vårt solsystem är lavaplaneter:eldiga heta världar som kretsar så nära sin värdstjärna att vissa regioner sannolikt är oceaner av smält lava. Enligt forskare från McGill University, York University, och Indian Institute of Science Education, atmosfären och vädercykeln för åtminstone en sådan exoplanet är ännu konstigare, som visar avdunstning och utfällning av stenar, överljudsvindar som rasar över 5000 km/h, och ett magmahav 100 km djupt.

I en studie publicerad i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , forskarna använder datorsimuleringar för att förutsäga förhållandena på K2-141b, en exoplanet i jordstorlek med en yta, hav, och atmosfär som alla består av samma ingredienser:stenar. Det extrema vädret som förutspås av deras analys kan permanent förändra ytan och atmosfären på K2-141b över tiden.

"Studien är den första som gör förutsägelser om väderförhållanden på K2-141b som kan detekteras på hundratals ljusår bort med nästa generations teleskop som James Webb Space Telescope, " säger huvudförfattaren Giang Nguyen, en Ph.D. student vid York University som arbetade under ledning av McGill University Professor Nicolas Cowan på studien.

Två tredjedelar av exoplaneten möter oändligt dagsljus

När man analyserar exoplanetens belysningsmönster, teamet upptäckte att ungefär två tredjedelar av K2-141b möter evigt dagsljus – snarare än det upplysta halvklotet vi är vana vid på jorden. K2-141b tillhör en undergrupp av stenplaneter som kretsar mycket nära sin stjärna. Denna närhet håller exoplaneten gravitationsmässigt låst på plats, vilket betyder att samma sida alltid är vänd mot stjärnan.

Nattsidan upplever kyliga temperaturer på under -200 C. Dagsidan av exoplaneten, vid uppskattningsvis 3000 C, är tillräckligt varmt för att inte bara smälta stenar utan även förånga dem, i slutändan skapar en tunn atmosfär i vissa områden. "Vårt fynd betyder sannolikt att atmosfären sträcker sig lite utanför magmahavets strand, gör det lättare att upptäcka med rymdteleskop, säger Nicolas Cowan, professor vid institutionen för jord- och planetvetenskap vid McGill University.

Som jordens vattenkretslopp, bara med stenar

Anmärkningsvärt, bergångatmosfären som skapas av den extrema värmen genomgår nederbörd. Precis som vattnets kretslopp på jorden, där vatten avdunstar, stiger upp i atmosfären, kondenserar, och faller tillbaka som regn, så även natrium, kiselmonoxid, och kiseldioxid på K2-141b. På jorden, regn rinner tillbaka ut i haven, där det återigen kommer att avdunsta och vattnets kretslopp upprepas. På K2-141b, mineralångan som bildas av förångad sten svepas till den kyliga nattsidan av överljudsvindar och stenar "regnar" tillbaka ner i ett magmahav. De resulterande strömmarna flyter tillbaka till den varma dagsidan av exoplaneten, där sten förångas igen.

Fortfarande, cykeln på K2-141b är inte lika stabil som den på jorden, säger forskarna. Magmahavets returflöde till dagsidan är långsamt, och som ett resultat av detta förutspår de att mineralsammansättningen kommer att förändras över tiden - vilket så småningom förändrar själva ytan och atmosfären hos K2-141b.

"Alla steniga planeter, inklusive jorden, började som smälta världar men kyldes sedan snabbt och stelnade. Lavaplaneter ger oss en sällsynt glimt i detta skede av planetarisk evolution, " säger professor Cowan vid institutionen för jord- och planetvetenskap.

Nästa steg blir att testa om dessa förutsägelser är korrekta, säger forskarna. Teamet har nu data från Spitzer Space Telescope som borde ge dem en första glimt av exoplanetens dag- och natttemperaturer. När rymdteleskopet James Webb lanserades 2021, de kommer också att kunna verifiera om atmosfären beter sig som förutspått.