Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zmapuje atmosfery egzoplanet

Egzoplanety, planety krążące wokół gwiazd innych niż Słońce, znajdują się w bardzo dużych odległościach od Ziemi. Na przykład najbliższa nam egzoplaneta, Proxima Centauri BZnajduje się w odległości 4,2 lat świetlnych, czyli 265 000 razy większej odległości między Ziemią a Słońcem.

Gołym okiem planety Układu Słonecznego wyglądają jak jasne plamy. Jednak w przypadku teleskopu punkty te wystają z gwiazd i ujawniają struktury, takie jak Wielka Czerwona Plama Jowisza, pierścienie Saturna czy czapy lodowe Marsa.



Czytaj więcej: Satelity Starlink już niedługo uniemożliwią nam obserwację gwiazd


Chociaż oczekuje się, że takie zjawiska będą występować na egzoplanetach, Ich odległość od Ziemi uniemożliwia nam bezpośrednią identyfikację ich powierzchni. Istnieją jednak sposoby, aby dowiedzieć się więcej o strukturze ich atmosfery i zmapować je.

Jestem doktorantem astrofizyki na Uniwersytecie w Montrealu. Moja praca związana jest z charakterystyką atmosfer egzoplanet. W szczególności moje badania koncentrują się na opracowywaniu narzędzi do mapowania atmosfer egzoplanet przy użyciu obserwacji z Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Teleskop, który został wystrzelony 25 grudnia 2021 r., ma zrewolucjonizować dziedzinę nauki o egzoplanetach.

Wykrywanie i charakterystyka egzoplanet

z dala od Niektóre szczególne przypadki, w których światło z planety można obserwować bezpośrednio, większość egzoplanet została wykryta za pomocą metody pośrednie. Metodą pośrednią jest obserwowanie wpływu istnienia planety na światło emitowane przez jej gwiazdę.

ten metoda tranzytu Doprowadziło to do największej liczby odkryć egzoplanet. Tranzyt ma miejsce, gdy według nas egzoplaneta przechodzi przed swoją gwiazdą macierzystą. Podczas tranzytu światło gwiazdy słabnie, ponieważ planeta częściowo przesłania jej powierzchnię.

Światło podzielone jest na spektrum długości fal, które odpowiadają różnym kolorom. Kiedy tranzyty są obserwowane na kilku długościach fal, możliwe jest zmierzenie składu atmosfery egzoplanety. Na przykład cząsteczki wody silnie pochłaniają światło o długości fal podczerwonych, dzięki czemu Planeta wydaje się większa, ponieważ jego atmosfera blokuje większą część światła gwiazdy. W podobny sposób możliwy jest również pomiar temperatury atmosfery i wykrywanie obecności chmur.

Ponadto tranzytująca planeta może przejść za swoją gwiazdą. Zjawisko to, w którym obserwuje się tylko światło gwiazdy, nazywa się wtórne zaćmienie. Obserwując to, można wyizolować tylko światło pochodzące z planety i w ten sposób je uzyskać Dodatkowe informacje o jego atmosferze.

Metoda tranzytów jest bardziej czuła na obecność chmur, natomiast metoda zaćmienia wtórnego dostarcza więcej informacji o temperaturze atmosfery.

Schemat planety wokół swojej gwiazdy i światła wychodzącego z układu zgodnie z jej położeniem.
(który – który)

Ogólnie, Atmosfera egzoplanety jest obiektem jednowymiarowym podczas analizy. Oznacza to, że jego skład i temperatura różnią się tylko różnicą wysokości, a nie położeniem na szerokości i długości geograficznej. Jednoczesne uwzględnienie tych trzech wymiarów wymaga złożonych modeli, a także wysokiego stopnia dokładności obserwacji. Jednak samo myślenie o wysokości może skutkować nieprawidłowymi przybliżeniami. Na przykład na Ziemi temperatura na równiku jest znacznie wyższa niż na biegunach.

Niektóre egzoplanety mają również silną zmienność przestrzenną w swoich atmosferach. gorące planety, podobny rozmiarami do Jowisza, krąży bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej i dlatego może osiągnąć temperaturę Kilka tysięcy stopni Celsjusza.

Ponadto planety te obracają się wokół siebie z taką samą prędkością, jak ich gwiazda. Oznacza to, że na tych planetach dzień i rok mają tę samą długość. W ten sam sposób, w jaki widzimy tylko jedną stronę Księżyca z Ziemi, tylko jedna strona gorącego Jowisza jest stale zwrócona w stronę swojej gwiazdy. Zjawisko to może prowadzić do znacznej różnicy temperatur pomiędzy stroną dzienną, którą oświetla gwiazda, a stroną nocną, która zawsze jest utrzymywana w ciemności.

Metody mapowania

Chociaż nie można bezpośrednio obserwować powierzchni egzoplanety, możliwe jest zmierzenie przestrzennej zmienności atmosfery za pomocą dwóch metod: Analiza krzywej fazowej i mapowanie zaćmień wtórnych.

Krzywa fazowa to kontrast światła z gwiezdnego układu planetarnego w okresie rewolucji. Ponieważ planeta obraca się wokół siebie podczas swojej orbity, widoczne są dla nas odpowiednio różne sekcje jej atmosfery. Za pomocą tego sygnału możliwe jest zmapowanie natężenia światła emitowanego przez planetę w jej długości geograficznej. W przypadku gorących Jowiszów, których dobowa strona jest generalnie gorętsza, maksymalna ilość światła docierającego z planety znajduje się w pobliżu zaćmienia wtórnego. Podobnie krzywa minimum znajduje się w pobliżu przejścia, gdzie obserwowana jest nocna strona.

W mapowaniu zaćmienia wtórnego rozwiązywana jest dzienna strona egzoplanety. Gdy planeta wchodzi i wychodzi z naszej gwiazdy, jej części są ukryte, co pozwala nam odizolować światło emitowane przez określoną część jej atmosfery. Poprzez indywidualny pomiar ilości światła emitowanego przez każdą sekcję, dzienna strona atmosfery może być następnie określona na podstawie długości i szerokości geograficznej.

Przybywa Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba

Do tej pory analiza krzywej fazowej została zastosowana do wielu planet za pomocą teleskopów kosmicznych, w tym Hubblei Keplera i on-koza teleskopy kosmiczne. Mapowanie zaćmienia wtórnego zostało zastosowane tylko do jednej egzoplanety, Gorący Jowisz HD189733 B, z notatek z Kosmiczny Teleskop Spitzera. Jednak obserwacje te są zwykle dokonywane przy jednej długości fali i nie dają pełnego obrazu procesów atmosferycznych zachodzących na tych egzoplanetach.

Z 6,5-metrowym zwierciadłem, w porównaniu z 2,4-metrowym lustrem Hubble’a, teleskop Webba zapewni niespotykanie dokładne obserwacje w szerokim zakresie długości fal. Cztery z nich to instrumenty Neris al-Kindi (spektrofotometr bliskiej podczerwieni i bez szczeliny), będzie monitorować w zakresie podczerwieni i charakteryzować atmosfery wielu egzoplanet.

Za pomocą teleskopu Webba możliwe będzie zastosowanie dostępnych nam metod mapowania do pomiaru trójwymiarowego kontrastu atmosfer egzoplanet. Pomiary te pozwolą nam pogłębić wiedzę o procesach atmosferycznych.

Wraz z ciągłym rozwojem technologii i narzędzi, W przyszłości może być również możliwe zmapowanie egzoplanety podobnej do Ziemi.

READ  McGrath RentCorp kończy przejęcie budynków Design Space Units

Elise Haynes

„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Back to top