Веб-карти погоди на екзопланеті WASP-43b

WASP-43 b хмарно вночі та ясно вдень, тропічні вітри обертаються навколо планети зі швидкістю 5000 миль на годину.

іноді немає Знайти щось так само захоплююче та корисно, як і знайти це. Приймати гарячим Юпітер WASP-43B, наприклад. Цей припливно-замкнений світ має постійну дуже спекотну денну сторону та дещо прохолоднішу нічну сторону. Астрономи, які використовують Webb для карти температури та аналізу атмосфери навколо планети, очікують виявити метан, звичайну молекулу вуглецю, на нічній стороні. Але жодних ознак цього явно немає. чому Результат припускає, що надзвукові вітри гарячого газу дмуть з денного боку, повністю змінюючи атмосферу та запобігаючи хімічним реакціям, які могли б утворювати метан на нічному боці.

Ця крива блиску показує зміну яскравості системи WASP-43 з часом, коли планета обертається навколо зірки. Цей тип кривої блиску відомий як фазова крива, оскільки він включає всю орбіту або всі фази планети.
Оскільки він приливно заблокований, різні сторони WASP-43 b обертаються під час його обертання. Система виглядає найяскравішою, коли гаряча денна сторона спрямована до телескопа, безпосередньо перед і після вторинного затемнення, коли планета проходить позаду зірки. Система стає слабшою, оскільки планета продовжує свою орбіту, а її нічна сторона обертається навколо горизонту. Після транзиту, коли планета проходить перед зіркою, блокуючи частину зіркового світла, система знову загоряється, коли денна сторона повертається назад у поле зору.
Автор зображення: NASA, ESA, CSA, Ральф Кроуфорд (STScI), Тейлор Белл (BAERI), Джоанна Барстоу (Відкритий університет), Майкл Роман (Університет Лестера)

Космічний телескоп Webb складає карту погоди на планеті, віддаленій на 280 світлових років

Його успішно використовувала міжнародна група дослідників НАСА's Космічний телескоп Джеймса Вебба Щоб скласти карту погоди на екзопланеті-гіганті гарячого газу WASP-43 b.

Точні, великомасштабні вимірювання яскравості середнього інфрачервоного світла в поєднанні з 3-D кліматичними моделями та попередніми спостереженнями з інших телескопів вказують на густі високі хмари, що покривають нічну сторону, ясне небо на денній стороні та тропічні вітри понад 5000 миль у висоту. за годину змішування атмосферних газів навколо планети.

Слідство – лише останні докази Екзопланета Тепер наука стала можливою завдяки надзвичайній здатності Вебба вимірювати зміни температури та виявляти атмосферні гази за трильйони миль.

«Гарячий Юпітер» припливно замкнений

WASP-43 b є типом екзопланети «гарячого Юпітера»: вона схожа на Юпітер за розміром, складається в основному з водню та гелію, і набагато гарячіша за будь-яку з планет-гігантів у нашій Сонячній системі. Хоча його зірка менша і холодніша за Сонце, WASP-43 b обертається на відстані лише 1,3 мільйона миль, що становить менше 1/25 відстані між Меркурієм і Сонцем.

З такою вузькою орбітою планета припливно заблокована, з одного боку постійно освітленого, а з іншого в вічній темряві. Хоча нічна сторона ніколи не отримує прямого випромінювання від зірки, сильні східні вітри переносять тепло з денної сторони.

З моменту відкриття в 2011 році за WASP-43 b спостерігали за допомогою кількох телескопів, у тому числі телескопа Хаббла NASA та космічних телескопів Spitzer, які зараз вийшли з експлуатації.

«За допомогою «Хаббла» ми можемо чітко побачити, що вдень є водяна пара. І «Хаббл», і «Спітцер» показали, що вночі можуть бути хмари», — пояснив Тейлор Белл, дослідник з Інституту навколишнього середовища затоки та провідний автор. дослідження, опубліковане 30 квітня в Астрономія природи. «Але нам потрібні були більш точні вимірювання від Вебба, щоб фактично почати детальніше відображати температуру, хмарний покрив, вітри та атмосферний склад по всій планеті».

Ця спрощена діаграма фазової кривої екзопланети показує зміну загальної яскравості системи зірка-планета, коли планета обертається навколо зірки. Система виглядає найяскравішою, коли освітлена частина планети спрямована в телескоп (повна фаза). Воно виглядає тьмяним, коли більша частина темної сторони спрямована в бік телескопа (нова фаза), коли планета блокує частину світла зірок (транзит) і коли зірка блокує світло планети (вторинне затемнення).
(Вгорі) Діаграма, що показує зміну фази планети (кількість освітленої сторони, зверненої до телескопа), коли вона обертається навколо своєї зірки.
(Внизу) Тривимірний графік, що показує зміну загальної яскравості зоряної системи та планети, коли планета обертається навколо своєї зірки. На цьому графіку, відомому як крива блиску, горизонтальна площина – орбітальна позиція, а вертикальна вісь – яскравість.
(Справоруч) Масштабна шкала. Як на орбітальній діаграмі, так і на кривій блиску колір вказує на спостережувану яскравість зірки + планети: від темно-фіолетового (виявлено менше світла) до білого (виявлено більше світла).
Дослідники використовують фазові криві, щоб вивчати зміни коефіцієнта відбиття та температури планети залежно від довготи (від одного боку до іншого), що може дати розуміння складу поверхні та атмосферних умов планети.
Автор зображення: NASA, ESA, CSA, Денні Плеєр (STScI), Енді Джеймс (STScI), Грег Бекон (STScI)

Температурне картографування та погодні умовиводи

Хоча WASP-43 b занадто малий, тьмяний і близький до своєї зірки, щоб телескоп міг його побачити безпосередньо, його короткий період обертання всього 19,5 години робить його ідеальним для спектроскопії фазової кривої, методу, який передбачає вимірювання невеликих змін у яскравості зірки. Система зірок і планет Коли планета обертається навколо зірки.

Оскільки кількість середнього інфрачервоного світла, випромінюваного об’єктом, значною мірою залежить від того, наскільки він гарячий, дані про яскравість, отримані Веббом, можна використовувати для розрахунку температури планети.

Команда використовувала прилад Webb MIRI (інструмент середнього інфрачервоного діапазону), щоб вимірювати світло від системи WASP-43 кожні 10 секунд протягом більше 24 годин. «Спостерігаючи всю орбіту, ми змогли обчислити температуру різних сторін планети, коли вони оберталися навколо горизонту», — пояснив Белл. «На основі цього ми можемо побудувати приблизну карту температури на всій планеті».

Вимірювання показують, що середня температура вдень становить близько 2300 градусів Ф (1250 градусів за Цельсієм) – досить гарячий, щоб утворити залізо. Тим часом нічна сторона помітно прохолодніша – 1100°F (600°C). Ці дані також допомагають визначити розташування найгарячішої точки планети («гарячої точки»), яка трохи зміщена на схід від точки, яка отримує найбільше зоряного випромінювання, де зірка знаходиться найвище на небі планети. Цей зсув викликаний надзвуковими вітрами, які переміщують гаряче повітря на схід.

«Той факт, що ми можемо відобразити температуру таким чином, є справжнім свідченням чутливості та стабільності Вебба», — сказав співавтор Майкл Роман з Університету Лестера у Великобританії.

Щоб інтерпретувати карту, команда використовувала складні 3D-моделі атмосфери, подібні до тих, що використовуються для розуміння погоди та клімату на Землі. Аналіз показує, що нічна сторона може бути покрита товстим високим шаром хмар, який перешкоджає виходу інфрачервоного світла в космос. У результаті нічна сторона – хоча й дуже спекотна – виглядає темнішою та прохолоднішою, ніж якби не було хмар.

Цей набір карт показує температуру видимої сторони екзопланети гарячого газу-гіганта WASP-43 b, коли планета обертається навколо своєї зірки. Температури були розраховані на основі більш ніж 8000 вимірювань яскравості середнього інфрачервоного світла розміром від 5 до 12 мікрон, виявленого від зоряної системи та планети за допомогою MIRI (Mid-Infrared Instrument) на космічному телескопі Джеймса Вебба NASA. Загалом, чим гарячіший об’єкт, тим більше середнього інфрачервоного світла він випромінює. Автор зображення: NASA, ESA, CSA, Ральф Кроуфорд (STScI), Тейлор Белл (BAERI), Джоанна Барстоу (Відкритий університет), Майкл Роман (Університет Лестера)

Втрата метану та сильні вітри

Широкий спектр середнього інфрачервоного світла, захопленого Веббом, також дозволив виміряти кількість водяної пари (H₂O) і метан (CH₄) по всій планеті. «Вебб дав нам можливість точно знати, які молекули ми бачимо, і накласти деякі обмеження на їх кількість», — сказала співавтор Джоанна Барстоу з Відкритого університету Великобританії.

Спектри показують чіткі ознаки водяної пари як на нічній, так і на денній стороні планети, надаючи додаткову інформацію про те, наскільки щільні хмари та як високо вони піднімаються в атмосфері.

Дивно, але дані також демонструють явну різницю втрата Метан будь-де в атмосфері. Хоча вдень занадто жарко для існування метану (більшість вуглецю має бути у формі монооксиду вуглецю), метан має бути стабільним і помітним на більш прохолодній нічній стороні.

«Той факт, що ми не бачимо метану, говорить нам про те, що WASP-43 b має швидкість вітру майже 5000 миль на годину», — пояснив Барстоу. «Якби вітер переміщував газ з денного боку на нічний, а потім назад досить швидко, не було б достатньо часу для очікуваних хімічних реакцій, щоб утворити помітну кількість метану на нічному боці».

Команда вважає, що через це змішування, викликане вітром, хімічний склад атмосфери однаковий на всій планеті, що не було зрозуміло в попередній роботі з Хабблом і Спітцером.

Довідка: «Нічні хмари та нерівноважна хімія на гарячому Юпітері WASP-43b» Тейлора Дж. Белла, Ніколя Крозе та Патрісіо Е. Кобело, Лаура Крейдберг і Анджалі А.А. Піт і Майкл Т. Роман і Джоанна К. Барстоу, Жасміна Плісіч, Людмила Кароне, Луї-Філіп Колломб, Ельза Дюкро, Марк Хаммонд, Жоао М. Мендонса, Жульєн І. Мозес, Вів’єн Пармантьє, Кевін Б. Стівенсон, Лукас Тінтор'є, Майкл Чанг, Наталі М. Баталья, Джейкоб Л. Бін, Бьорн Бенеке, Бенджамін Чарні, Кеті Л. Чабб, Брайс-Олів'є Деморі, Пітер Гао, Елспет К. Х. Лі, Мерседес Лопес-Моралес, Джузеппе Морелло, Емілі Раушер, Девід К. . Сінгх, Сяню Тан, Олівія Вінот, Ханна Р. Вейкфорд, Кешав Агарвал, Єва Марія Арер, Муназа К. Аллам, Рубен Байєнс, Девід Паррадо, Клаудіо Касерес, Арін Л. Картер, Сара Л. Касвелл, Раян С. Челнер, Іен Дж. М. Кросфілд, Лін Десейн, Жан-Мішель Дезерт, Ієн Доббс-Діксон, Акрен Деррік, Нестор Еспіноза, Адіна Д. Файнштейн, Ніл Б. Гібсон, Джозеф Гаррінгтон, Крістіан Хеллінг, Ренью Ху, Ніколас Іеро, Еліза М.-Р. Комптон, Сара Кендрю, Тадеус Д. Комачек, Джессіка Крік, П'єр-Олів'є Лагаж, Джеремі Леконт, Моніка Лінделл, Ніл Т. Льюїс, Джошуа Д. Лотрінгер, Ісаак Мальскі, Луїджі Манчіні, Меган Менсфілд, Натан Дж. Мейн, Томас М. Еванс Сома, Каран Молавердхані, Ніколай К. Ніколов, Метью С. Ніксон, Енріке Пейлі, Домінік Дж. М. Петі де ла Рош, Керолін Піолле, Діана Пауелл, Бенджамін В. Рекхем, Аарон Д. Шнайдер, Марія Є. Стейнрок. Джейк Тейлор, Луїс Вілбенкс, Сергій Н. Юрченко, Сі Чжан і Себастьян Зіба, 30 квітня 2024 р. Астрономія природи.
DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x

Спостереження WASP-43 b за допомогою MIRI проводилося в рамках наукових програм Webb Early Release Science, які надають дослідникам широкий спектр надійних даних у відкритому доступі для вивчення широкого спектру космічних явищ.

Космічний телескоп Джеймса Вебба є провідною у світі обсерваторією космічної науки. Вебб розгадує таємниці нашої сонячної системи, дивиться за межі далеких світів навколо інших зірок і досліджує таємничі структури та походження нашого Всесвіту та наше місце в ньому. WEB — це міжнародна програма, яку очолює NASA разом зі своїми партнерами Європейським космічним агентством (ESA).Європейське космічне агентство) і Канадське космічне агентство.