Naukowcy mierzą atmosferę planety w innym układzie słonecznym, oddalonym o 340 lat świetlnych

Naukowcy mierzą atmosferę planety w innym układzie słonecznym, oddalonym o 340 lat świetlnych

Koncepcja artysty dotycząca egzoplanety „Gorący Jowisz”. Źródło: NASA, ESA i L. Hustak (STScI)

Międzynarodowy zespół naukowców, korzystając z teleskopu Gemini Earth Observatory w Chile, jako pierwszy bezpośrednio zmierzył ilość zarówno wody, jak i tlenku węgla w atmosferze planety w innym układzie słonecznym, około 340 lat świetlnych od nas.

Zespołem kieruje profesor Michael Lane ze Szkoły Eksploracji Ziemi i Kosmosu Uniwersytetu Stanowego Arizony, a wyniki opublikowano dziś (27 października 2021 r.) w czasopiśmie. charakter temperamentu.

Istnieją tysiące znanych planet poza naszym Układem Słonecznym (zwanych egzoplanetami). Naukowcy wykorzystują zarówno teleskopy kosmiczne, jak i naziemne, aby zbadać, jak formują się te egzoplanety i czym różnią się od planet w naszym Układzie Słonecznym.

W tym badaniu Laine i jego zespół skupili się na planecie „WASP-77Ab”, typie planeta pozasłoneczna nazywany „gorącym” Jowisz„Ponieważ są jak Jowisz w naszym Układzie Słonecznym, ale mają temperaturę ponad 2000 stopni F.

Następnie skupili się na pomiarze składu jego atmosfery, aby określić, które pierwiastki są obecne w porównaniu z gwiazdą, wokół której krąży.

„Biorąc pod uwagę ich rozmiary i temperatury, gorące Jowisze są doskonałymi laboratoriami do pomiaru gazów atmosferycznych i testowania naszych teorii dotyczących formowania się planet” – powiedział Lane.

Chociaż nie możemy jeszcze wysłać statku kosmicznego na planety poza Układem Słonecznym, naukowcy mogą badać światło z egzoplanet za pomocą teleskopów. Teleskopy, których używają do obserwacji tego światła, mogą znajdować się w kosmosie, na przykład Kosmiczny teleskop Hubble, lub z Ziemi, takich jak teleskopy Gemini Observatory.

Lane i jego zespół byli intensywnie zaangażowani w pomiary składu atmosferycznego egzoplanet za pomocą Hubble’a, ale uzyskanie tych pomiarów było trudne. Nie tylko istnieje zacięta konkurencja o czas teleskopu, instrumenty Hubble’a mierzą tylko wodę (lub tlen), a zespół musi również zbierać pomiary tlenku węgla (lub węgla).

W tym miejscu zespół zwrócił się do Południowego Teleskopu Gemini.

„Musieliśmy spróbować czegoś innego, aby odpowiedzieć na nasze pytania” – powiedział Lane. „A nasza analiza możliwości Południowych Bliźniąt wykazała, że ​​możemy uzyskać bardzo dokładne pomiary atmosfery”.

Gemini South to teleskop o średnicy 8,1 metra znajdujący się na górze Cerro Pachón w chilijskich Andach, gdzie bardzo suche powietrze i znikome zachmurzenie czynią go doskonałą lokalizacją dla teleskopu. Jest obsługiwany przez NOIRLab Narodowej Fundacji Nauki (National Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory).

Używając Południowego Teleskopu Gemini wraz z instrumentem zwanym Immersion Grating Infrared Spectrometer (IGRINS), zespół zaobserwował poświatę termiczną egzoplanety podczas jej orbitowania wokół swojej gwiazdy macierzystej. Z tego urządzenia zebrali informacje o obecności i względnych ilościach różnych gazów w atmosferze.

Podobnie jak satelity pogodowe i klimatyczne, które służą do pomiaru ilości pary wodnej i dwutlenku węgla w ziemskiej atmosferze, naukowcy mogą używać spektrometrów i teleskopów, takich jak IGRINS na Gemini South, do pomiaru ilości różnych gazów na innych planetach.

„Próba ustalenia składu atmosfer planet jest jak próba rozwiązania przestępstwa za pomocą odcisku palca” – powiedział Lane. „Rozmazany odcisk palca nie zawęża go zbytnio, ale bardzo czysty i schludny odcisk palca stanowi unikalny identyfikator dla tego, kto popełnił przestępstwo”.

Podczas gdy Kosmiczny Teleskop Hubble’a dostarczył zespołowi jednego lub dwóch tajemniczych odcisków palców, IGRINS z Gemini South dostarczył zespołowi pełnego zestawu krystalicznie czystych odcisków palców.

Korzystając z jednoznacznych pomiarów zarówno wody, jak i tlenku węgla w atmosferze WASP-77Ab, zespół był następnie w stanie oszacować względne ilości tlenu i węgla w atmosferze egzoplanety.

Przesunięcie Dopplera atmosfery poza Układ Słoneczny

Mierząc przesunięcie Dopplera pokazane w prawej kolumnie tego rysunku, naukowcy mogą zrekonstruować prędkość orbitalną planety w czasie w kierunku lub od Ziemi. Siła sygnału planety pokazana w środkowej kolumnie, wzdłuż przewidywanej prędkości pozornej (przerywana krzywa morska) planety okrążającej gwiazdę, zawiera informacje o ilości różnych gazów w atmosferze. Źródło: P. Smith/M. Lines. Selkirk / ASU

„Te ilości były zgodne z naszymi oczekiwaniami i są mniej więcej takie same jak w przypadku gwiazdy macierzystej” – powiedział Lane.

Uzyskanie obfitości ultradrobnych gazów w atmosferach egzoplanet jest nie tylko ważnym osiągnięciem technicznym, zwłaszcza w przypadku teleskopu naziemnego, ale może również pomóc naukowcom w poszukiwaniu życia na innych planetach.

„Ta praca stanowi demonstrację, jak ostatecznie mierzyć gazy biosygnaturowe, takie jak tlen i metan, w potencjalnie nadających się do zamieszkania światach w niezbyt odległej przyszłości” – powiedział Lane.

Line i zespół spodziewają się, że w następnej kolejności powtórzą tę analizę dla kilku planet i stworzą „próbkę” pomiarów atmosferycznych na co najmniej 15 innych planetach.

„Jesteśmy teraz w punkcie, w którym możemy uzyskać frakcje obfitości gazu podobne do tych na planetach w naszym Układzie Słonecznym. Pomiar obfitości węgla i tlenu (i innych pierwiastków) w atmosferze większej próbki egzoplanet zapewnia bardzo potrzebne kontekst dla zrozumienia pochodzenia i ewolucji naszych gazowych gigantów, takich jak Jowisz i Saturn– powiedział Line.

Czekają również na to, co mogą zaoferować przyszłe teleskopy.

„Jeśli możemy to zrobić za pomocą dzisiejszej technologii, zastanówmy się, co będziemy w stanie zrobić z powstającymi teleskopami, takimi jak Giant Magellan Telescope” – powiedział Lane. „Jest realna możliwość, że pod koniec tej dekady będziemy mogli użyć tej samej metody do zbadania potencjalnych sygnałów życia, które również zawierają węgiel i tlen, na skalistych, podobnych do Ziemi planetach poza naszym Układem Słonecznym”.

Referencje: „Solar C/O and Quasi-solar Metallicity in Jupiter’s Hot Atmosphere” Michael R. Line, Matteo Brugi, Jacob L. Penn, Siddharth Gandhi, Joseph Zaleski, Vivian Parmentier, Peter Smith, Gregory N. Megan Mansfield, Eliza M. Kimton, Jonathan J. Fortney, Evgenia Shkolnik, Jennifer Passion, Emily Rausher, Jean-Michel Desert i Just B Wardner, 27 października 2021 roku, charakter temperamentu.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6

Oprócz Line, zespół badawczy obejmuje Josepha Zaleskiego, Evgenia Shkolnik, Jennifer Patchens i Petera Smitha z Arizona State University School of Earth and Space Exploration; Matthew Bruggi i Siddharth Gandhi z Uniwersytet w Warwick (Zjednoczone Królestwo); Jacob Bean i Megan Mansfield z Uniwersytet w Chicago; Vivien Parmentier i Joost Wardenier z Oxford University (Zjednoczone Królestwo); Gregory Mays z University of Texas w Austin. Eliza Kempton z Uniwersytetu Maryland; Jonathan Fortney z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz; Emily Rausher z Uniwersytetu Michigan; i Jean-Michel Desert z Uniwersytetu w Amsterdamie.

You May Also Like

About the Author: Ellen Doyle

„Amatorski praktykujący muzykę. Wieloletni przedsiębiorca. Odkrywca. Miłośnik podróży. Nieskrępowany badacz telewizji”.

Dodaj komentarz

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