Webb mapuje pogodę na planecie oddalonej o 280 lat świetlnych

Międzynarodowy zespół naukowców z powodzeniem wykorzystał należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do sporządzenia mapy pogody na egzoplanecie WASP-43 b, będącej gorącym gazowym olbrzymem.

Precyzyjne pomiary jasności w szerokim spektrum światła średniej podczerwieni, w połączeniu z trójwymiarowymi modelami klimatu i wcześniejszymi obserwacjami z innych teleskopów, sugerują obecność grubych, wysokich chmur pokrywających nocną stronę, czystego nieba w dzień i wiatrów równikowych sięgających ponad 8000 km. na godzinę mieszanie gazów atmosferycznych na całej planecie. To badanie jest najnowszym dowodem wiedzy o egzoplanetach, możliwym obecnie dzięki niezwykłej zdolności Webba do pomiaru zmian temperatury i wykrywania gazów atmosferycznych w odległości bilionów mil.

Zablokowany pływowo „Gorący Jowisz”

WASP-43 b to egzoplaneta typu „gorącego Jowisza”: rozmiarami podobnymi do Jowisza, zbudowana głównie z wodoru i helu i znacznie gorętsza niż którakolwiek z gigantycznych planet w naszym Układzie Słonecznym. Chociaż jego gwiazda jest mniejsza i chłodniejsza od Słońca, WASP-43 b krąży w odległości zaledwie 3,3 miliona kilometrów – czyli mniej niż 1/25 odległości między Merkurym a Słońcem. Przy tak wąskiej orbicie planeta jest zablokowana pływowo , z jednej strony stale oświetlonej, a drugiej pogrążonej w ciągłej ciemności. Chociaż nocna strona nigdy nie otrzymuje bezpośredniego promieniowania od gwiazdy, silne wiatry wschodnie przenoszą ciepło ze strony dziennej.

Od odkrycia w 2011 roku WASP-43 b obserwowano za pomocą wielu teleskopów, w tym należącego do NASA teleskopu Hubble’a i obecnie wycofanego z użytku teleskopu kosmicznego Spitzera.

Dzięki Hubble’owi wyraźnie mogliśmy zobaczyć, że po stronie dziennej znajduje się para wodna. Zarówno Hubble, jak i Spitzer sugerowały, że nocą mogą znajdować się chmury.wyjaśnił Taylor Bell, badacz z Instytutu Badań nad Środowiskiem Bay Area i główny autor badania opublikowanego dzisiaj w Nature Astronomy.

Ale potrzebowaliśmy dokładniejszych pomiarów Webba, aby naprawdę rozpocząć mapowanie temperatury, zachmurzenia, wiatrów i bardziej szczegółowego składu atmosfery na całej planecie.

Mapowanie temperatury i wnioskowanie o pogodzie

Chociaż WASP-43 b jest zbyt mały, słaby i blisko swojej gwiazdy, aby teleskop mógł ją widzieć bezpośrednio, jej krótki okres orbitalny wynoszący zaledwie 19,5 godziny sprawia, że ​​idealnie nadaje się do spektroskopii krzywej fazowej – techniki polegającej na pomiarze niewielkich zmian jasności gwiazdy. układ gwiazda-planeta, gdy planeta krąży wokół gwiazdy. Ponieważ ilość światła średniej podczerwieni emitowanego przez obiekt zależy w dużej mierze od jego temperatury, dane dotyczące jasności zarejestrowane przez Webba można następnie wykorzystać do obliczenia temperatury planety.

Zespół wykorzystał instrument MIRI (instrument średniej podczerwieni) Webba do pomiaru światła z systemu WASP-43 co 10 sekund przez ponad 24 godziny.

Obserwując całą orbitę, byliśmy w stanie obliczyć temperaturę różnych stron planety, gdy pojawiały się one w polu widzenia. Na tej podstawie moglibyśmy skonstruować przybliżoną mapę temperatur na całej planecie.wyjaśnił Bell.

Pomiary pokazują, że po stronie dziennej średnia temperatura wynosi prawie 2300 stopni Fahrenheita (1250 stopni Celsjusza) – wystarczająco gorąco, aby można było wykuwać żelazo. Tymczasem nocna strona jest znacznie chłodniejsza i wynosi 600 stopni Celsjusza. Dane pomagają także zlokalizować najgorętszy punkt na planecie („gorący punkt”), który jest przesunięty nieco na wschód od punktu otrzymującego najwięcej promieniowania gwiazdowego, czyli miejsca, w którym gwiazda znajduje się najwyżej na niebie planety. Przesunięcie to następuje z powodu wiatrów naddźwiękowych, które przemieszczają ogrzane powietrze na wschód.

Fakt, że możemy w ten sposób mapować temperaturę, jest prawdziwym świadectwem wrażliwości i stabilności Webba.powiedział Michael Roman, współautor z Uniwersytetu w Leicester w Wielkiej Brytanii

Do interpretacji mapy zespół wykorzystał złożone, trójwymiarowe modele atmosfery, takie jak te wykorzystywane do zrozumienia pogody i klimatu na Ziemi. Analiza pokazuje, że nocna strona jest prawdopodobnie pokryta grubą, wysoką warstwą chmur, które uniemożliwiają części światła podczerwonego ucieczkę w przestrzeń kosmiczną. W rezultacie nocna strona – choć bardzo gorąca – wygląda na ciemniejszą i chłodniejszą niż gdyby nie było chmur.

Brak metanu i silne wiatry

Szerokie spektrum światła średniej podczerwieni przechwycone przez Webba umożliwiło także zmierzenie ilości pary wodnej (H2O ) i metanu (CH4 ) wokół planety.

Webb dał nam możliwość dokładnego ustalenia, które cząsteczki widzimy, i nałożenia pewnych ograniczeń na ich liczebność.powiedziała Joanna Barstow, współautorka z Open University w Wielkiej Brytanii

Widma pokazują wyraźne oznaki pary wodnej zarówno po nocnej, jak i dziennej stronie planety, dostarczając dodatkowych informacji o grubości chmur i wysokości ich wznoszenia się w atmosferze.

Co zaskakujące, dane wskazują również na wyraźny brak metanu w jakiejkolwiek części atmosfery. Chociaż strona dzienna jest zbyt gorąca, aby mógł istnieć metan (większość węgla powinna występować w postaci tlenku węgla), metan powinien być stabilny i wykrywalny na chłodniejszej stronie nocnej.

Fakt, że nie widzimy metanu, mówi nam, że WASP-43 b musi mieć prędkość wiatru sięgającą około 5000 mil na godzinę. Jeśli wiatry przemieszczają gaz ze strony dziennej na nocną i z powrotem wystarczająco szybko, nie ma wystarczająco dużo czasu, aby oczekiwane reakcje chemiczne wytworzyły wykrywalne ilości metanu po stronie nocnej.wyjaśnił Barstow.

Zespół uważa, że ​​z powodu mieszania napędzanego wiatrem chemia atmosfery jest taka sama na całej planecie, czego nie wynikało z wcześniejszych prac z Hubble’em i Spitzerem.

______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę


Zostań Patronem !

_______________________
Informacje bezpośrednio na Twoją skrzynkę mailową