अमेरिकी और यूरोपीय वैज्ञानिक अनुसंधान टीमों ने अति-गर्म बृहस्पति जैसे एक्सोप्लैनेट, WASP-121 b के "सूर्योदय पक्ष" और "सूर्यास्त पक्ष" के वायुमंडलीय गुणों में महत्वपूर्ण अंतर खोजने के लिए जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) का उपयोग किया। यह अब तक के सबसे स्पष्ट साक्ष्यों में से एक है, जो दर्शाता है कि ग्रह के दिन-रात सीमा क्षेत्र (टर्मिनल लाइन क्षेत्र) में पर्यावरण विभिन्न देशांतरों पर नाटकीय रूप से बदल जाएगा। प्रासंगिक परिणाम जर्मनी के हीडलबर्ग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोनॉमी (एमपीआईए) के नेतृत्व में थे और नेचर एस्ट्रोनॉमी पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।
एमपीआईए डॉक्टरेट छात्र सिरिल गैप के नेतृत्व में शोध दल ने ग्रह के पारगमन के दौरान जेडब्ल्यूएसटी द्वारा प्राप्त इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रा का उपयोग करके डब्ल्यूएएसपी-121 बी के वायुमंडल की तापमान संरचना और रासायनिक संरचना का विस्तृत विश्लेषण किया। जब कोई ग्रह अपने मूल तारे को हमारी दृष्टि रेखा के सामने से गुजारता है, तो तारे की रोशनी का कुछ हिस्सा ग्रह के वायुमंडल से होकर गुजरेगा और फिर दूरबीन तक पहुंचेगा। स्पेक्ट्रम में विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण परिवर्तन वायुमंडल में गैस संरचना और तापमान के बारे में जानकारी दर्ज करता है। टीम ने पाया कि पारगमन की शुरुआत और अंत में ग्रह के वायुमंडल द्वारा अवरक्त प्रकाश के अवशोषण में स्पष्ट असमानता है। यह असंतुलन ग्रह की "सुबह" और "शाम" समाप्ति रेखाओं के दोनों ओर वायुमंडलीय स्थितियों में भारी अंतर की ओर इशारा करता है।
डेटा विश्लेषण से पता चलता है कि ग्रह का सूर्यास्त पक्ष (शाम का टर्मिनेटर) सूर्योदय पक्ष की तुलना में काफी अधिक तारकीय प्रकाश को अवशोषित करता है, जो सिद्धांत द्वारा अनुमानित बड़े पैमाने पर उच्च ऊंचाई वाली उच्च गति वाली हवा के पैटर्न के साथ अत्यधिक सुसंगत है। मौजूदा मॉडलों का मानना है कि ऐसे अति-गर्म गैस विशाल ग्रहों पर, गर्म दिन का पक्ष गर्मी को ठंडी रात की ओर स्थानांतरित करता है, और ग्रह के घूमने पर प्रमुख हवा प्रणाली पूर्व की ओर बहती है, इस प्रकार शाम के पक्ष का वातावरण अधिक तीव्रता से गर्म होता है। बढ़ते तापमान के कारण इस क्षेत्र में वायुमंडल का विस्तार होता है, जिससे ऑप्टिकली समतुल्य "ग्रहीय त्रिज्या" थोड़ी बड़ी हो जाती है और इसलिए मूल तारे से अधिक विकिरण को अवशोषित करता है।
JWST नियर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर (NIRSpec) के अवलोकन से यह भी पता चलता है कि पारगमन के दूसरे भाग के दौरान कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) अवशोषण संकेत बढ़ जाता है, जबकि सिस्टम की समग्र चमक थोड़ी कम हो जाती है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह सीओ सिग्नल वृद्धि मुख्य रूप से कार्बन मोनोऑक्साइड प्रचुरता में वृद्धि के बजाय तापमान संरचनात्मक परिवर्तनों को दर्शाती है। इसके विपरीत, पानी के अणु (H₂O) गिरावट के वास्तविक संकेत दिखाते हैं: तापमान इतना बढ़ जाता है कि ऊपरी वायुमंडल में पानी के अणु टूट जाते हैं, उन्हें हल्के परमाणुओं या समूहों में विभाजित कर देते हैं, जिससे इस बात का और सबूत मिलता है कि तेज़ हवाएँ शाम की समाप्ति रेखा को गर्म कर देती हैं।
WASP-121 b एक अत्यधिक "गर्म बृहस्पति" ग्रह है। इसकी कक्षा और घूर्णन को ज्वारीय बलों द्वारा अवरुद्ध कर दिया गया है, और इसकी घूर्णन अवधि और परिक्रमण अवधि, दोनों लगभग 30 घंटे, सिंक्रनाइज़ हैं। इसलिए, एक ही पक्ष हमेशा मूल तारे का सामना करता है, जिससे सतत दिन और सतत रात के दो गोलार्ध बनते हैं। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि ग्रह के दिन का औसत तापमान लगभग 2770 केल्विन और रात का तापमान लगभग 1000 केल्विन है। सेल्सियस में परिवर्तित करने पर, दिन का तापमान 2500 डिग्री सेल्सियस के करीब होता है, जबकि रात का तापमान लगभग 725 डिग्री सेल्सियस होता है। पारगमन के दौरान, चूंकि ग्रह तारे के बहुत करीब है, केवल 1.9 तारकीय व्यास के साथ, ग्रह स्वयं तारे की डिस्क में प्रवेश करने से लेकर निकलने तक लगभग 30 डिग्री घूमेगा, जो दूरबीन को एक पारगमन में विभिन्न देशांतरों पर वायुमंडलीय क्षेत्रों को "स्वीप" करने की अनुमति देता है।
अवलोकन ज्यामिति के संदर्भ में, पारगमन का पहला भाग मुख्य रूप से रात के पक्ष और दिन के भाग "सुबह के आर्क" को सुबह के करीब देखता है, जबकि पारगमन का दूसरा भाग रात के पक्ष और शाम के पक्ष के "गोधूलि चाप" को देखता है। खगोलविद प्राप्त प्रकाश को विभिन्न तरंग दैर्ध्य में विभाजित करने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करते हैं। जिस तरह एक प्रिज्म सफेद रोशनी को इंद्रधनुष में विभाजित करता है, उसी तरह विभिन्न गैसें विशिष्ट तरंग दैर्ध्य बैंड में अवशोषण हस्ताक्षर छोड़ती हैं, जिससे वायुमंडल की रासायनिक संरचना का पता चलता है। इस अध्ययन की कुंजी यह है कि टीम ने पारंपरिक अभ्यास की तरह संपूर्ण पारगमन डेटा का औसत नहीं निकाला, बल्कि समय के साथ वर्णक्रमीय संकेत को बदलने की अनुमति दी, और फिर सांख्यिकीय विश्लेषण के माध्यम से देशांतर के साथ वायुमंडलीय अंतर को बहाल किया।
सिरिल गैप और सहकर्मियों ने बताया कि WASP-121 b पर, ग्रह पूर्ण पारगमन के दौरान लगभग 30 डिग्री घूमता है, जो डेटा में "सुबह की रेखा" और "गोधूलि रेखा" की दो समाप्ति रेखाओं को स्पष्ट रूप से अलग करने के लिए पर्याप्त है। जब उन्होंने समय-समाधान वर्णक्रमीय संकेतों को देशांतर आयाम में प्रक्षेपित किया, तो उन्होंने पाया कि जिस मॉडल ने देशांतर विषमता पेश की, वह पारंपरिक मॉडल की तुलना में काफी बेहतर था जो पूरे पारगमन में औसत था। सांख्यिकीय परिणामों ने इस निष्कर्ष का पुरजोर समर्थन किया कि "सुबह और शाम दोनों तरफ का माहौल वास्तव में अलग होता है।"
यह जांचने के लिए कि क्या तापमान का अंतर देखी गई विषमता को समझाने के लिए पर्याप्त था, टीम ने गैस विशाल के ऊपरी वायुमंडल में गर्मी परिवहन प्रक्रियाओं का अनुकरण करने के लिए एक त्रि-आयामी सामान्य परिसंचरण मॉडल का उपयोग किया। मॉडल सामान्य प्रवृत्तियों में तापमान प्रवणता से प्रेरित असममित अवशोषण हस्ताक्षर को पुन: पेश करते हैं, लेकिन सिम्युलेटेड सिग्नल की तीव्रता अभी भी वास्तविक अवलोकनों से कम है, जो ग्रह की सुबह की ओर अतिरिक्त शीतलन तंत्र के संभावित अस्तित्व का सुझाव देता है। शोधकर्ताओं द्वारा प्रस्तावित एक संभावित स्पष्टीकरण "खनिज बादल" है: पिछले अध्ययनों का मानना है कि WASP-121 बी पर सिलिकेट जैसे खनिजों से बने बादल हो सकते हैं। ये पानी की बूंदों वाले बादल नहीं हैं, बल्कि उच्च तापमान पर बनने वाले खनिज कण वाले बादल हैं।
ऐसे खनिज बादल वायुमंडल की गहरी, गर्म परतों से अवरक्त विकिरण को रोकते हैं, जिससे ऊपरी वायुमंडल वास्तव में ठंडा दिखाई देता है। हालाँकि, तेज़ गति वाली हवाओं, गंभीर तापमान अंतर और निरंतर तेज़ विकिरण के प्रभाव में, बादल कणों का निर्माण, संघनन, वाष्पीकरण और परिवहन प्रक्रियाएँ बेहद जटिल हैं। वर्तमान में, अधिकांश वायुमंडलीय संख्यात्मक मॉडल इन सूक्ष्मभौतिकीय विवरणों को पूरी तरह से शामिल नहीं कर सकते हैं। इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने मॉडल को संशोधित किया और इन्फ्रारेड विकिरण पर बादलों के परिरक्षण प्रभाव को सरल तरीके से जोड़ा। सिमुलेशन परिणामों और JWST टिप्पणियों के बीच समझौते में काफी सुधार हुआ था। हालाँकि, उन्होंने इस बात पर भी जोर दिया कि WASP-121 b पर खनिज बादलों के अस्तित्व की पुष्टि करने के लिए अभी भी अधिक उन्नत मॉडल और अधिक अवलोकनों की आवश्यकता है।
यह कार्य न केवल WASP-121 b के स्वयं के वायुमंडल में देशांतर अंतर को प्रकट करता है, बल्कि चरम एक्सोप्लैनेट वायुमंडल की संरचना का पता लगाने का एक नया तरीका भी प्रदर्शित करता है। जैसे-जैसे वायुमंडलीय परिसंचरण और विकिरण हस्तांतरण मॉडल में और सुधार किया जाता है, शोधकर्ताओं से अपेक्षा की जाती है कि वे अधिक सुपर-हॉट गैस विशाल ग्रहों पर समान मेरिडियल वायुमंडलीय प्रोफाइल खींचने के लिए उसी "घूर्णन पारगमन" तकनीक का उपयोग करें। अनुसंधान दल ने लक्ष्य ग्रहों के एक समूह का चयन किया है जो तापमान सीमा, घूर्णन और क्रांति अवधि के संदर्भ में समान अवलोकन के लिए उपयुक्त हैं। भविष्य में, व्यवस्थित तुलना के माध्यम से, यह उत्तर देने की उम्मीद है कि क्या इन चरम ग्रहों की देशांतर दिशा में कुछ सामान्य पैटर्न है, और विभिन्न भौतिक स्थितियां उनके वायुमंडलीय वातावरण को कैसे आकार देती हैं।
पेपर के अनुसार, इस अध्ययन में इस्तेमाल किया गया JWST अवलोकन डेटा कई परियोजनाओं से आता है, जिसमें थॉमस इवांस-सोमा के नेतृत्व में नियमित अवलोकन परियोजना GO # 1729 ("अल्ट्रा-हॉट ग्रह WASP-121b का NIRSpec चरण वक्र") और डेविड लाफ्रेनियर के नेतृत्व में आरक्षित अवलोकन परियोजना GTO # 1201 ("पारगमन एक्सोप्लैनेट की वायुमंडलीय विविधता का NIRISS सर्वेक्षण") शामिल है। NIRSpec उपकरण को यूरोपीय उद्योग द्वारा विकसित करने के लिए यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) द्वारा कमीशन किया गया था। जर्मनी के ओटोब्रून में एयरबस डिफेंस एंड स्पेस मुख्य ठेकेदार है। एमपीआईए ने फिल्टर व्हील और ग्रेटिंग व्हील जैसे प्रमुख घटकों के विकास में भाग लिया। डिटेक्टर और माइक्रो-एपर्चर ऐरे सिस्टम नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर द्वारा प्रदान किया गया था।
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप वर्तमान में दुनिया की सबसे महत्वपूर्ण अंतरिक्ष खगोलीय अवलोकन सुविधाओं में से एक है। यह राष्ट्रीय अंतरिक्ष प्रशासन (NASA), यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ESA) और कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी (CSA) द्वारा संयुक्त रूप से संचालित है। यह एक्सोप्लैनेट के वातावरण से लेकर ब्रह्मांड की प्रारंभिक आकाशगंगाओं तक, कई क्षेत्रों में अत्याधुनिक वैज्ञानिक अन्वेषण के लिए समर्पित है। WASP-121 b जैसी चरम दुनिया की "दिन और रात के बीच विभाजन रेखा" पर इन सूक्ष्म अंतरों को पकड़ने से वैज्ञानिकों को ग्रहों की जलवायु और वायुमंडलीय गतिशीलता के बारे में अपनी समझ का विस्तार करने में मदद मिल रही है, और भविष्य में अधिक दूर की दुनिया की पर्यावरणीय स्थितियों को खोजने और उनका आकलन करने के लिए नए उपकरण भी प्रदान किए जा रहे हैं।